[发明专利]表面被覆部件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括基体部件和在其表面上形成的硬质覆膜的表面被覆部件，以及其制造方法。

背景技术

作为最近的技术趋势，出于减少对地球环境的负荷和高效地利用资源的目的，生产更薄且更短的切削工具用表面被覆部件是主流做法。因此，提供具有更高强度和更高硬度的表面被覆部件用金属材料正在进行，以保证表面被覆部件的使用寿命并且维持其可靠性。另一方面，在金属加工现场，已经强烈地要求实现加工部件精确度的提高以及加工成本的降低，以与新兴国家竞争。另外，随着机械工具性能的提高，人们愈加期望表面被覆部件进行更为高速的加工。在高速加工中，由于表面被覆部件的切削刃暴露于高温高压环境中，因此将来将会要求即使在恶劣条件下也能具有更长使用寿命的表面被覆部件。

例如，日本专利特开平No.7-205362(专利文献1)公开一种覆盖于表面被覆部件中的基体部件的表面上的硬质覆膜。在所述硬质覆膜中，其组成以0.4nm至50nm的周期在选自日本元素周期表第4、5、6族元素、Al和Si中的两种或多种元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或者硼化物中连续地变化。上述硬质覆膜通过PVD(物理气相沉积)方法形成。具体地，使用Ti固体、Al固体和N₂气体，通过使由真空放电产生的Ti离子和Al离子以及N₂气体与加热至500℃的基体部件接触，从而在基体材料表面上连续形成TiN层和AlN层。由于通过这个方法形成的硬质覆膜在结构中具有大的变形，因此具有该硬质覆膜的表面被覆部件可以具有优异的耐磨性和韧性。

此外，例如日本专利公布No.2008-545063(专利文献2)公开一种具有Ti_1-xAl_xN覆膜的部件作为表面被覆部件。该Ti_1-xAl_xN覆膜具有由NaCl立方晶体结构构成的单层结构，该NaCl立方晶体结构的化学计量系数为0.75<x≤0.93，并且晶格常数afcc为0.412nm至0.405nm。上述Ti_1-xAl_xN覆膜通过CVD(化学气相沉积)方法形成。具体地，将由AlCl₃、TiCl₄、H₂和氩气组成的第一气体混合物和作为氮源的由NH₃和N₂组成的第二气体混合物引入容纳基体部件的热壁式CVD反应器，以实行热CVD方法。通过该方法形成的上述覆膜与通过常规已知的PVD方法制造的Ti_1-xAl_xN覆膜相比，覆膜中具有更高的Al含量。因此，具有该覆膜的表面被覆部件具有更高的抗氧化性和更高的硬度，并且可以在高温下展现出优越的耐磨性。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开平No.7-205362

专利文献2：日本专利公布No.2008-545063

发明内容

技术问题

然而，关于专利文献1，存在这样的情况，即：通过PVD方法形成的硬质覆膜包含杂质，例如Ti、Al及其合金等金属。这种杂质被称为液滴(droplet)，液滴抑制了硬质覆膜的形成并且会造成硬质覆膜在金属加工时脱落。此外，由作为起点的硬质覆膜脱落部分开始，很可能会发生硬质覆膜的崩裂、断裂等。因此，难以使表面被覆部件获得更长的使用寿命，并且存在加工材料的加工质量和表面粗糙度等劣化的情况。

另外，关于专利文献2，尽管Ti_1-xAl_xN覆膜的计量系数为0.75<x≤0.93，但是一般地，当该组成中的x大于0.7时会趋向于使晶体结构发生大的变形。众所周知，NaCl立方晶体结构的Ti_1-xAl_xN晶体会转变为六方晶纤锌矿结构以缓和这种变形。特别地，在高温下，这种转变趋向于加速。

在金属加工时，切削工具与加工材料重复接触和释放，并且在加热和冷却的循环中，负荷施加于表面被覆部件的切削刃的表面。因此，金属加工时，表面被覆部件上始终施加有大的热负荷，并且发生热疲劳。所述热疲劳使上述转变加速。另外，随着重复切削的进行，一旦已发生转变的硬质覆膜可能发生崩裂和断裂。因此，在专利文献2中公开的技术中，对表面被覆部件在高速工作中的更长使用寿命方面也存在限制。