[发明专利]在高速重切削中发挥优异的耐磨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，其硬质包覆层具备优异的表面平滑性、润滑性、切屑排出性、耐熔敷性，因而即使在用于铸铁、碳钢等的高速重切削加工时，经长时间使用也发挥优异的耐磨性。

背景技术

众所周知，一直以来通过在工具基体表面包覆形成由选自周期表中的4a、5a、6a族的至少一种以上的元素的碳化物、氮化物、碳氮化物所构成的硬质皮膜，实现切削工具的耐磨性的提高。

并且，在硬质皮膜中，尤其α型氧化铝层的热稳定性好，反应性低且硬度高，因此作为由选自上述周期表中的4a、5a、6a族的至少一种以上的元素的碳化物、氮化物、碳氮化物所构成的硬质皮膜的最表层，通常包覆形成α型氧化铝层。

作为包覆形成氧化铝层的方法，通常采用化学蒸镀（CVD）法，此外，众所周知还通过物理蒸镀（PVD）法、溶胶-凝胶法形成氧化铝层。

例如，如专利文献1所示，为了避免工具基体、硬质皮膜的特性劣化/变形，作为在低温条件下（1000℃以下）形成α型氧化铝层的方法，提出有如下内容，即通过物理蒸镀法（PVD）在工具基体表面形成由将A1、和选自4a族、5a族、6a族及Si中的至少一种元素作为必要组成的氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物、氮氧化物、碳氮氧化物构成的硬质皮膜之后，通过氧化该硬质皮膜形成含氧化物层，并在该含氧化物层上通过物理蒸镀（PVD）来蒸镀形成作为最表层的耐磨性及耐热性优异的α型晶体结构作为主体的氧化铝层。

并且，如专利文献2所示，提出有在通过物理蒸镀（PVD）法蒸镀形成硬质包覆层的表面包覆切削工具中，用（Ti、Al）N层构成第1层，并且用氧化铝层（优选为γ型氧化铝层）构成第2层。

另外，如专利文献3所示，作为具有力学性能、耐久性的氧化铝包覆结构体的制造方法，提出有由溶胶-凝胶法将晶体结构为非晶结构或γ型氧化铝或者是它们的混合物构成的第1氧化铝层包覆在母材上之后，通过溅射包覆形成以γ型为主体的第2氧化铝层的方法。

专利文献1：日本特开2004-124246号公报

专利文献2：日本特开2007-75990号公报

专利文献3：日本特开2006-205558号公报

通过CVD法包覆形成氧化铝层作为硬质包覆层的表面包覆切削工具，在对铸铁、钢等进行切削加工时，可得到包覆工具前刀面的耐磨性的提高，这尤其是因为α型氧化铝的热稳定性、非反应性较高而得到的。

上述专利文献1中，提出有通过物理蒸镀（PVD）法在低温条件下形成α型氧化铝层，但在蒸镀形成氧化铝层时，首先需要氧化硬质皮膜来在其表面形成含氧化物层，但由于含氧化物层与氧化铝层的粘附性不充分，且作为氧化铝不仅存在α型氧化铝还存在γ型氧化铝，无法得到充分的耐热性，其结果存在经长期使用无法发挥令人满意的切削性能的问题。

并且，上述专利文献2、3中，所形成的氧化铝是γ型氧化铝，因此缺乏高温下的稳定性，并且在高速切削加工中，存在无法发挥令人满意的切削性能的问题。

发明内容

因此，本发明人等为了通过溶胶-凝胶法在工具基体表面形成耐磨性优异的氧化铝层而进行了深入研究，发现：通过在构成以溶胶-凝胶法形成的基质的氧化铝中，分散分布由针状晶相和板状晶相中的一种或两种以及非晶相的聚集体构成的耐磨性优异的球状组织，在用于产生高热，并且高负载作用于切削刃的高速重切削加工中时，也能够得到耐磨性优异的表面包覆切削工具。

即，发现有如下内容：制备氧化铝溶胶时，作为低温熟化处理进行比通常更低温下的搅拌及长时间的保持，由此抑制水解及缩聚的反应速度，并稠密地形成由Al-O键构成的氧化铝前体时，能够形成更多近似于刚玉型结构的八面体AlO₆，因此若将该氧化铝溶胶作为工具基体的表面层进行涂布并干燥烧成，则能够形成如下由氧化铝层构成的硬质皮膜的表面层，上述氧化铝层为在平滑性较高、且润滑性、对切屑的耐熔敷性优异的氧化铝的基质中分散分布有由针状晶相和板状晶相中的一种或两种以及非晶相的聚集体构成的耐磨性优异的球状组织的氧化铝层。

另外，将与表面层的氧化铝层相邻的硬质皮膜形成为Al在该硬质皮膜中的金属组成中所占的含有比例为40原子％以上的氮化物皮膜时，由于与表面层的氧化铝层的粘附强度变高，从抑制因切削加工时的冲击等引起的氧化铝层的剥离、缺损等的产生观点看较理想。