[发明专利]硬质包覆层具有优异的耐碎裂性、耐缺损性的表面包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及表面包覆切削工具（以下称为包覆工具），其通过在伴有高发热的同时、断续性/冲击性负载作用于切削刃的各种钢、铸铁的高速断续切削加工中，使硬质包覆层具有优异的耐碎裂性、耐缺损性，而发挥在长期的使用时优异的切削性能。

背景技术

目前，一般已知在用碳化钨（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（以下将它们统称为工具基体）的表面，形成用以下（a）和（b）构成的硬质包覆层而成的包覆工具，

（a）下部层是包含均通过化学蒸镀形成的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）层和碳氮氧化物（以下用TiCNO表示）层中的1层或2层以上的Ti化合物层，

（b）上部层是化学蒸镀形成的氧化铝（以下用Al₂O₃表示）层，

已知该包覆工具在各种钢、铸铁等的切削加工中使用。

但是，上述包覆工具在对切削刃施加大的负载的切削条件下易于产生碎裂、缺损等，存在工具寿命短的问题，为了消除该问题，目前提出了几个方案。

例如，专利文献1中提出了作为硬质包覆层，通过使其形成下述结构，而提高硬质包覆层的下部层与上部层的粘接性，从而改善了包覆工具的耐碎裂性，所述结构是在下部层和上部层之间设置包含硼氮氧化钛的中间层，该中间层的氧含量从下部层侧向上部层侧变多的结构。

另外，专利文献2中提出了对于具有由钛系的下部层和由α氧化铝层构成的上部层构成的硬质包覆层的切削工具，在其下部层与上部层的界面，在10μm的长度范围附近使氧化钛部分以1～50个的比例分散分布，由此提供了切削工具，其对于冲击的耐久性提高，不产生碎裂、缺损，在具有优异的耐碎裂性和耐缺损性的同时，耐磨性也优异。另外，专利文献3中提出了作为硬质包覆层，设置孔隙率为5～30％的多孔Al₂O₃层作为上部层，在其上设置TiN层作为表面层，由此将热和机械性的冲击吸收缓和，从而改善了包覆工具的耐碎裂性。

【专利文献1】专利第4251990号公报

【专利文献2】日本特开2006－205300号公报

【专利文献3】日本特开2003－19603号公报。

发明内容

近年来对切削加工的节省劳力化及节能化的要求强烈，与之相伴，包覆工具变得可在更为苛刻的条件下使用，但是，例如对于上述专利文献1、2、3中所示的包覆工具，当用于伴有高发热的同时、断续性/冲击性负载进一步作用于切削刃的高速断续切削加工中时，上部层的耐机械冲击性、耐热冲击性不充分，从而由切削加工时的高负载导致切削刃易于产生碎裂、缺损，作为其结果，目前的现状是在比较短的时间内达到使用寿命。

因此，本发明人从上述观点出发对于包覆工具进行了努力研究，结果得到以下见解，所述包覆工具即使在用于伴有高发热、且断续性/冲击性负载作用于切削刃的高速断续切削加工中时，硬质包覆层也具有优异的冲击吸收性，其结果是在长期的使用时可发挥优异的耐碎裂性、耐缺损性。

即，作为硬质包覆层，对于上述现有的形成了多孔Al₂O₃层的硬质包覆层，在整个Al₂O₃层内，形成具有大致均一孔径的微孔，因此孔隙率越高，机械、热的耐冲击性越高，相反，孔隙率越高，多孔Al₂O₃层的高温强度、高温硬度越低，从而在长期的使用时不能发挥充分的耐磨性，另外，工具寿命也不能令人满意。

因此，本发明人发现：用由Ti化合物层构成的下部层和由Al₂O₃层构成的上部层构成硬质包覆层，在上部层与下部层的界面附近的下部层中存在具有孔径为2～70nm的微孔的富有微孔的层，使该富有微孔的层为规定的层厚，由此不会招致Al₂O₃层的高温强度和高温硬度的降低，可以提高机械、热的耐冲击性。

另外，对于构成富有微孔的层的2～70nm的微孔的孔径分布与硬质包覆层的耐碎裂性、耐缺损性的关系进行了仔细研究，结果发现，通过使微孔的孔径在2nm～70nm的范围不是均匀分布，而是采用双峰分布（双模态分布），可以更加提高耐碎裂性、耐缺损性。