[发明专利]硬质包覆层具备耐崩刀性、耐缺损性的表面包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面包覆切削工具(以下称为包覆工具)，其在伴有高热发生并且断续性或冲击性负荷作用于切削刃的各种钢或铸铁的高速断续切削加工中，由于硬质包覆层具备优异的耐崩刀性、耐缺损性，因此经长期使用发挥优异的切削性能。

背景技术

以往通常已知在由碳化钨(以下用WC表示)基硬质合金或碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷构成的基体(以下将这些统称为工具基体)的表面形成由下述(a)及(b)构成的硬质包覆层而成的包覆工具：

(a)下部层，其为包括均被化学蒸镀形成的Ti的碳化物(以下用TiC表示)层、氮化物(以下同样用TiN表示)层、碳氮化物(以下用TiCN表示)层、碳氧化物(以下用TiCO表示)层及碳氮氧化物(以下用TiCNO表示)层中的1层或2层以上的Ti化合物层，

(b)上部层，其为化学蒸镀形成的氧化铝(以下用Al₂O₃表示)层，并且已知该包覆工具使用于各种钢或铸铁等的切削加工中。

但是，所述包覆工具存在在较大的负荷施加于切削刃的切削条件下易产生崩刀、缺损等且工具寿命较短之类的问题，因此为了消除该问题，一直以来进行了各种提案。

例如，专利文献1中进行了如下提案：作为硬质包覆层，设置用TiCN膜进行表面加强且空穴率为5～30％的多孔质Al₂O₃膜作为上部层，由此吸收缓和热冲击及机械性冲击，从而改善包覆工具的耐崩刀性。

另外，专利文献2中进行了如下提案：作为硬质包覆层，设置空穴率为5～30％的多孔质Al₂O₃膜作为上部层，在其上设置TiN膜作为表面层，由此吸收缓和热冲击及机械性冲击，从而改善包覆工具的耐崩刀性。

专利文献1：日本专利公开2003-48105号公报

专利文献2：日本专利公开2003-19603号公报

近年来现状为如下：对切削加工中的节省劳力化及节能化的要求强烈，随此，包覆工具逐渐在更加苛刻的条件下使用，例如，即使在所述专利文献1、2所示的包覆工具中，使用于伴有高热发生并且断续性或冲击性负荷进一步作用于切削刃的高速断续切削加工时，由于上部层的耐机械冲击性、耐热冲击性不充分，所以也会因切削加工时的高负荷而容易在切削刃上产生崩刀、缺损，其结果在较短时间内达到使用寿命。

发明内容

因此，本发明人等从如前述观点出发，对即使在使用于伴有高热发生并且断续性或冲击性负荷作用于切削刃的高速断续切削加工时也由于硬质包覆层具备优异的冲击吸收性而经长期使用发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性的包覆工具进行了深入研究，结果获得了以下见解。

即，作为硬质包覆层，在所述以往的形成多孔质Al₂O₃层的上部层中，在整个Al₂O₃层内形成有大致均匀孔径的微小空穴，因此，空穴率越高则耐机械冲击性、耐热冲击性越提高，但是相反空穴率越高则多孔质Al₂O₃层的高温强度、高温硬度越下降，因此无法经长期使用发挥充分的耐磨性，另外工具寿命也不能说是令人满意的。

因此，本发明人等发现了如下内容：由包括Ti化合物层的下部层和包括Al₂O₃层的上部层构成硬质包覆层，上部层具有孔径为2～50nm的微小空穴，该微小空穴的孔径分布呈双峰分布，从而不会引起Al₂O₃层的高温强度和高温硬度的下降，能够提高耐机械冲击性、耐热冲击性。

另外，发现了作为双峰分布在如下情况时更有效，即微小空穴的孔径分布的第1峰存在于2～10nm中，按2nm孔径计算孔时孔数密度为200～500个/μm²，第2峰存在于20～50nm中，按2nm孔径计算孔时孔数密度为10～50个/μm²。

作为通过将微小空穴的孔径分布设为双峰分布来得到优异的效果的理由，可以考虑如下原因，即较大孔径的微小空穴吸收缓和热冲击及机械性冲击，并提高耐缺损性、耐崩刀性，较小孔径的微小空穴抑制Al₂O₃膜的导热率，并提高热屏蔽效果。

并且，具备所述孔径分布的微小空穴例如能够通过以下化学蒸镀法成膜。

(a)在工具基体表面蒸镀形成通常的包括Ti化合物层的目标厚度的下部层，