[发明专利]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），其在伴随高热产生且有断续性/冲击性荷载作用于切削刃的不锈钢、碳钢等的高速断续切削加工中，硬质包覆层发挥优异的润滑性、耐崩刀性、耐剥离性及耐磨性。

本申请对于2012年7月17日申请的日本专利申请第2012-158777号以及2013年3月22日申请的日本专利申请第2013-60386号主张优先权，并将其内容引用于此。

背景技术

一直以来，已知有例如专利文献1所示的包覆工具，其将由选自周期表中的4a、5a、6a族中的至少一种以上元素的碳化物、氮化物、碳氮化物等所构成的硬质皮膜作为下部层来在工具基体表面上成膜，进一步在其之上包覆形成上部层即氧化铝层。

并且还已知，氧化铝层一般通过化学蒸镀（CVD）成膜，但也能够通过其他物理蒸镀（PVD）法、溶胶-凝胶法包覆形成氧化铝层。

例如，如专利文献2所示提出如下技术：通过物理蒸镀（PVD）法在工具基体表面形成下部层之后，通过氧化该下部层来形成含氧化物层，并通过将氧化铝层物理蒸镀（PVD）于该含氧化物层上，从而获得耐磨性及耐热性优异的包覆工具。

另外，在专利文献3中还提出如下包覆工具：其通过物理蒸镀（PVD）法成膜由（Ti、Al）N层构成的下部层及由氧化铝层（优选为γ型氧化铝层）构成的上部层。

此外，如专利文献4所示提出如下方法：作为具有机械特性及耐久性的氧化铝包覆结构体的制造方法，通过溶胶-凝胶法将由晶体结构为非晶结构或γ型的氧化铝构成或者由它们的混合物构成的第1氧化铝层包覆于母材之上后，通过溅射包覆形成以γ型为主体的第2氧化铝层。

专利文献1：日本特开平11-229144号公报

专利文献2：日本特开2004-124246号公报

专利文献3：日本特开2007-75990号公报

专利文献4：日本特开2006-205558号公报

在通过化学蒸镀（CVD）法、物理蒸镀（PVD）法或溶胶-凝胶法包覆形成氧化铝层的以往的包覆工具中，将此用于一般条件的高速切削、断续切削时没有特别障碍。但是尤其将此用于伴随高热产生且有断续性/冲击性负载作用于切削刃的不锈钢、碳钢等的高速断续切削时，由于因表面润滑性的缺乏而引起的熔敷或通过上述方法成膜的氧化铝层上不可避免地存在的微小龟裂或起因于热膨胀差的冷却裂纹等而产生崩刀或剥离。即在以往包覆工具中，存在经长期使用无法发挥令人满意的切削性能的问题。

因此，本发明人等为了提供耐崩刀性、耐剥离性优异且即使在高速断续切削这种严峻的条件下经长期使用仍发挥优异的耐磨性的包覆工具而进行了深入研究，而得出如下见解。

即，在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体表面上包覆形成硬质包覆层时，下层通过溶胶-凝胶法形成，且由在其表面具有凹部的耐磨性较高的晶质氧化铝层构成，另一方面，上层平滑且润滑性优异，且由通过与下层的粘附性较大的溶胶-凝胶法成膜的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层构成。本发明人等发现，根据上述硬质包覆层的结构能够成膜耐崩刀性、耐剥离性及耐磨性优异的硬质包覆层。

即，以往的通过化学蒸镀（CVD）法、物理蒸镀（PVD）法或溶胶-凝胶法成膜的晶质氧化铝层中，由于润滑性或平滑性不足而在短时间内因熔敷等产生崩刀、剥离等异常损伤或月牙形磨损。另一方面，如本发明所示，当将通过溶胶-凝胶法成膜的晶质氧化铝层作为下层，作为其上层成膜通过溶胶-凝胶法成膜的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层时，润滑性及平滑性得到提高，并能够发挥较高的耐磨性及切屑排出性。此外，本发明的上述结构中上层与下层的界面呈凹形，因此即使在施加冲击性负载的高速断续切削中，上层也因锚固效果而不易剥离。再加上本发明的上述结构中，即使在已发生硬质包覆层的磨损时，上层的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层以填充于凹部的方式成膜，因此经长期也能够同时发挥上层的润滑性和下层的耐磨性。

发明内容

该发明是基于上述见解而完成的，具有以下特征。

（1）一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体表面包覆形成至少由下层和上层构成的硬质包覆层，其特征在于，

（a）下层为通过溶胶-凝胶法而形成的具有0.5～4.0μm的平均层厚的晶质氧化铝层，

（b）上层为具有0.2～3.0μm的平均层厚的非晶质氧化铝层或非晶质氧化硅层，