表面包覆切削工具的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種在不銹鋼等的伴有高熱產生并且沖擊性負荷作用于切削刃的高 速斷續切削加工等中，硬質包覆層發揮優異的耐崩刀性的表面包覆切削工具（以下，稱為 包覆工具）。
【背景技術】
[0002] 以往，已知有如下包覆工具，其通常在由碳化鎢（以下，以WC表示）基硬質合金、 碳氮化鈦（以下，以TiCN表示）基金屬陶瓷或立方晶氮化硼（以下，以cBN表示）基超高 壓燒結體構成的基體（以下，將這些統稱為基體）的表面，通過物理蒸鍍法包覆形成Ti-Al 系的復合氮化物層作為硬質包覆層。已知這種包覆工具發揮優異的耐磨性，用于加工中心 或復合加工機等各種用途。
[0003] 然而，以往的包覆形成有Ti-Al系的復合氮化物層的包覆工具的耐磨性比較優 異，但是在高速斷續切削條件下使用時易產生崩刀等異常損耗，因此提出有針對硬質包覆 層的改善的各種建議。
[0004] 例如，專利文獻1中公開有一種通過在基體表面蒸鍍形成由改性（Al、Ti)N層構 成的硬質包覆層，從而獲得硬質包覆層在高速重切削加工中發揮優異的耐缺損性的包覆工 具，所述改性（AUTi)N層由滿足組成式（AlgTi x) N(其中，X以原子比計為0.40~0.60) 的Al與Ti的復合氮化物層構成，且對所述復合氮化物層進行基于電子背散射衍射裝置的 結晶方位分析時示出如下晶體排列。即，在從表面研磨面的法線方向0~15度的范圍內具 有結晶方位{111}的晶粒的面積比例為50%以上，并且測定相鄰的晶粒彼此所呈的角時， 示出如小角晶界（〇 < Θ < 15° )的比例為50%以上。
[0005] 并且，專利文獻2中公開有如下包覆工具：在包覆有Ti及Al的復合氮化物、碳氮 化物、碳化物的立銑刀中，將硬質包覆層的X線衍射中的{111}面的衍射強度設為1(111)， 并將{200}面的衍射強度設為1(200)時，使I (200)/1(111)的值成為2.0以下，由此在超 過洛氏硬度50 (C標度）的高硬度鋼的切削加工中，改善硬質包覆層的粘附性及耐磨性。
[0006] 然而，上述的專利文獻1、2中公開的包覆工具通過物理蒸鍍法成膜了硬質包覆 層，因此無法使Al的含有比例X成為0.6以上，希望進一步提高切削性能。
[0007] 從這種觀點出發，還提出有通過以化學蒸鍍法形成硬質包覆層來將Al的含有比 例X提高至〇. 9左右的技術。
[0008] 例如，專利文獻3中記載有如下內容：在TiCl4、A1C13、NH 3的混合反應氣體中，在 650~900°C的溫度范圍內進行化學蒸鍍，由此能夠成膜Al的含有比例X的值為0. 65~ 0.95的（TigAlx)N層，但是該文獻中，通過將在該（TigAlx)N層上進一步包覆Al 2O3層來提 高絕熱效果為目的，因此并沒有闡明通過形成將X的值提高至〇. 65~0. 95的（TigAlx)N 層，會對切削性能是否有什么樣的影響。
[0009] 而且，專利文獻4中公開有利用化學蒸鍍法形成如下硬質包覆層的包覆工具具有 優異的耐熱性及循環疲勞強度，所述硬質包覆層中，作為上部層，由TigAl#、TigAl xC和/ 或IVxAlxCN構成，(λ 65彡X彡(λ 9,優選為(λ 7彡X彡(λ 9,該上部層具有100~IlOOMPa 之間的壓縮應力，優選具有400~800MPa之間的壓縮應力，TiCN層或Al2O3層配置于所述 上部層之下。
[0010] 專利文獻1 :日本專利公開2008-264890號公報
[0011] 專利文獻2 :日本專利公開平9-291353號公報
[0012] 專利文獻3 :日本專利公表2011-516722號公報
[0013] 專利文獻4 :日本專利公表2011-513594號公報
[0014] 近年來的切削加工中的省力化及節能化要求強烈，隨此，切削加工有進一步高速 化、高效化的趨勢，對包覆工具要求進一步的耐崩刀性、耐缺損性、耐剝離性等耐異常損傷 性，并且要求在長期使用中發揮優異的耐磨性。
[0015] 但是，上述的專利文獻1、2中記載的包覆工具通過物理蒸鍍法成膜由（TigAlx)N 層構成的硬質包覆層，無法提高膜中的Al含量X，因此例如當用于合金鋼的高速斷續切削 時，存在耐崩刀性不充分的課題。
[0016] 另一方面，對于上述專利文獻3、4中記載的通過化學蒸鍍法包覆形成的（TigAlx) N層，能夠提高Al含量X，并且能夠形成立方晶結構，因此可獲得具有規定硬度且耐磨性優 異的硬質包覆層，但是其與基體的粘附強度不充分，并且韌性較差，因此當作為用于合金鋼 的高速斷續切削的包覆工具而使用時，易產生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，無法說其發揮 令人滿意的切削性能。
【發明內容】
[0017] 為此，本發明的目的在于提供一種即使在用于不銹鋼等的高速斷續切削等的情況 下也發揮優異的耐崩刀性，并且在長期使用中發揮優異的耐磨性的包覆工具。
[0018] 本發明人們從上述觀點出發，為了實現通過化學蒸鍍包覆形成有由Ti及Al的復 合氮化物或復合碳氮化物（以下，有時以" OVxAlx) (CA_Y) "表示）構成的硬質包覆層的 包覆工具的耐崩刀性、耐磨性的改善，反復進行深入研究的結果，得到了如下見解。
[0019] 發現在由WC基硬質合金、TiCN基金屬陶瓷或cBN基超高壓燒結體中的任一種構成 的基體表面上，例如作為硬質包覆層，具有如下新型結構時，硬質包覆層的表面與工件之間 的摩擦阻力會減少，切削時的潤滑性會提高，并且示出優異的耐崩刀性：至少包含通過含有 三甲基鋁（Al(CH 3)3)作為反應氣體成分的熱CVD等化學蒸鍍法成膜的Ti及Al的復合氮化 物或復合碳氮化物的層，當以組成式：(TigAl x) (CyNh)表示時，Al在Ti及Al的總量中所 占的平均含有比例Xavg及C在C與N的總量中所占的平均含有比例Y avg(其中，Xavg、Yav#^ 為原子比）分別滿足0. 60 < XavgS 0. 95、0 < Y avg< 0. 005,構成復合氮化物或復合碳氮化 物的層的晶粒中存在具有立方晶結構的晶粒，通過調整蒸鍍時的成膜條件，硬質包覆層在 使用電子背散射衍射裝置從上述Ti及Al的復合氮化物或復合碳氮化物的層的縱截面方向 分析各個晶粒的結晶方位時，存在可觀測到立方晶晶格的電子背散射衍射圖像的立方晶晶 相，測定所述立方晶晶粒的晶面、即{100}面的法線相對于工具基體表面的法線方向所呈 的傾斜角，并將該傾斜角中相對于法線方向在〇~45度的范圍內的傾斜角按0. 25度的間 距進行分區，并總計存在于各分區內的度數來求出傾斜角度數分布時，在〇~12度的范圍 內的傾斜角分區中存在最高峰值，并且存在于所述〇~12度的范圍內的度數的總計示出所 述傾斜角度數分布中的所有度數的45 %以上的比例，并且，從所述復合氮化物或復合碳氮 化物的層的表面側使用掃描電子顯微鏡觀察該層的組織時，所述復合氮化物或復合碳氮化 物的層內的具有立方晶結構的各個晶粒在與層厚方向垂直的面內具備多角形狀的刻面，該 多角形狀不具有小于90度的角度，該刻面形成于所述晶粒的以{100}表示的等價晶面中的 一個，該刻面在與所述層厚方向垂直的面內占整體的50%以上的面積比例。
[0020] 因此，將具備有如上述的硬質包覆層的包覆工具例如在用于合金鋼的高速斷續切 削等時，能夠抑制崩刀、缺損、剝離等的產生，并且在長期使用中發揮優異的耐磨性。
[0021] 本發明是基于如上述的研究結果而完成的，具有以下特征。
[0022] (1) -種表面包覆切削工具，其在由碳化鎢基硬質合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立 方晶氮化硼基超高壓燒結體中的任一種構成的工具基體的表面設置有硬質包覆層，其中， 所述硬質包覆層至少包含通過化學蒸鍍法成膜的平均層厚為1~20 μ m的Ti及Al的復合 氮化物或復合碳氮化物的層，當以組成式：(TipxAlx) (CWy)表示時，Al在Ti及Al的總量 中所占的平均含有比例Xavg及C在C與N的總量中所占的平均含有比例Y avg (其中，Xavg、Yavg 均為原子比）分別滿足0. 60 < XavgS 0. 95、0 < Y avg&