表面包覆切削工具的制作方法

表面包覆切削工具的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種表面包覆切削工具，其硬質包覆層在鑄鐵、碳鋼等的高速斷續切削加工中發揮優異的耐崩刀性、耐磨損性。本發明的表面包覆切削工具，其在表面形成有基體表面固化層等的工具基體表面形成有氧化硅主體層作為硬質包覆層的表面層，其中，氧化硅主體層中分散含有5～50面積%的鋁的氧化物晶體，并且該平均截面直徑朝向氧化硅主體層表面向膜厚方向減少。
【專利說明】表面包覆切削工具【技術領域】
[0001]本發明涉及一種使用于鑄鐵、碳鋼等的高速斷續切削加工中時，在長期使用中也發揮優異的耐崩刀性、耐磨損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，即通過化學蒸鍍法或物理蒸鍍法在工具基體表面包覆形成由選自周期表的4a、5a、6a族中的至少一種以上的元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化鋁、氧化硅等構成的皮膜。[0003]例如，如專利文獻I所示，提出有如下包覆工具，即通過化學蒸鍍法在工具基體表面作為下部層包覆形成Ti化合物層，作為上部層包覆形成上部內周層及上部外周層，而且以Al和Cr的復合氧化物層構成上部內周層，并且，以氧化硅層與Al和Cr的復合氧化物層的交替層疊構成上部外周層，已知根據該包覆工具，由于皮膜具有潤滑性，因此在難切削材料的重切削加工中發揮優異的耐崩刀性。
[0004]專利文獻I所示的包覆工具通過化學蒸鍍法形成氧化硅層，但是作為氧化硅層的其他成膜方法，還已知有基于溶膠-凝膠法的成膜。
[0005]例如，如專利文獻2所示，已知有如下內容，即為了抑制通過電弧離子鍍法形成的氮化膜在高溫環境下產生的氧化鐵的產生，并強化耐熱性及耐磨損性，在通過電弧離子鍍法形成的氮化膜上形成由MgO、Al2O3或ZrO2構成的氧化膜之后形成TiAlN膜，并進一步在其上通過溶膠-凝膠法形成硅酸鹽膜。
[0006]另外，如專利文獻3所示，已知有如下內容，為了改善耐溶出性并防止基材的腐蝕等，通過溶膠-凝膠法在通過電弧離子鍍法形成的氮化膜上或在形成于該氮化膜上的氧化膜上形成氧化硅膜。
[0007]專利文獻1:日本專利公開2007-130741號公報
[0008]專利文獻2:日本專利公開2000-54114號公報
[0009]專利文獻3:日本專利公開2000-54162號公報
[0010]上述專利文獻I中提出的包覆工具在通常切削速度的加工中發揮一定程度的韌性、耐磨損性，但是例如用于鑄鐵、碳鋼等的高速斷續切削加工、即伴有高熱產生且有斷續性、沖擊性負荷作用于切削刃的切削加工中時，易產生崩刀、缺損，由此存在無法在長期使用中發揮充分的耐磨損性的問題。

【發明內容】

[0011]因此，本發明人等為了通過溶膠-凝膠法在工具基體表面形成耐磨損性優異的氧化硅層而進行深入研究的結果，發現通過形成氧化硅主體層，可得到即使用于伴有高熱產生且有斷續性、沖擊性負荷作用于切削刃的高速斷續切削加工中時，也不會產生崩刀、缺損等并發揮優異的耐磨損性的包覆工具，所述氧化硅主體層通過溶膠-凝膠法形成的氧化硅層中分散含有鋁的粒狀氧化物晶體，并且規定這些晶體所占的面積比例，并使晶體的平均截面直徑從基體或基底層與氧化硅主體層的界面朝向表面減少。
[0012]發現本發明的包覆工具為具備表面層的包覆工具，在用于鑄鐵、碳鋼等的伴有高熱產生且斷續性、沖擊性負荷作用于切削刃的高速斷續切削加工中時，也不會產生崩刀、缺損等，在長期使用中發揮優異的耐磨損性，所述硬質包覆層的表面層由氧化硅主體層構成，并且該氧化硅主體層分散含有鋁的粒狀氧化物晶體，并且規定這些晶體所占的面積比例，晶體的平均截面直徑從基體或基底層與氧化硅主體層的界面朝向表面減少。
[0013]本發明是根據上述見解完成的，其具有如下特征。
[0014](I) 一種表面包覆切削工具，其通過在由碳化鎢基硬質合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷構成的工具基體的表面包覆形成硬質包覆層而成，其中，
[0015](a)上述硬質包覆層具備由直接或經由基底層形成于工具基體的表面且具有
0.5~5.0 μ m的平均層厚的氧化娃主體層構成的表面層， [0016](b)上述氧化硅主體層中分散含有以層中所占的面積比例計為5~50面積％的鋁的粒狀氧化物晶體，
[0017](C)將對上述氧化物晶體的各個截面的面積換算為圓形面積時的直徑設為截面直徑，并將該截面直徑的平均值設為平均截面直徑時，上述粒狀氧化物晶體的平均截面直徑從與基體或基底層的界面朝向表面減少。
[0018](2)上述(I)所述的表面包覆切削工具，其中，
[0019]上述(I)中記載的粒狀氧化物晶體的平均截面直徑在0.05~0.5μπι的范圍內，表面附近的平均截面直徑為與基體或基底層的界面附近的平均截面直徑的1/3以下。
[0020](3 )上述(I)或(2 )所述的表面包覆切削工具，其通過在由碳化鎢基硬質合金構成的工具基體的表面包覆形成硬質包覆層而成，其中，
[0021]從上述工具基體的表面向深度方向形成具有0.5~3.0ym的平均層厚的基體表面固化層，作為包含于該基體表面固化層的結合相金屬的Co的平均含量不到2.0質量％。
[0022]( 4 )根據上述(I)或(2 )所述的表面包覆切削工具，其通過在由碳氮化鈦基金屬陶瓷構成的工具基體的表面包覆形成硬質包覆層而成，其中，
[0023]從上述工具基體的表面向深度方向形成具有0.5~3.0 μ m的平均層厚的基體表面固化層，作為包含于該基體表面固化層的結合相金屬的Co及Ni的總計平均含量不到2.0
質量％。
[0024]以下，對本發明進行詳細說明。
[0025]本發明的包覆工具，不僅能夠在由碳化鎢基硬質合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷構成的工具基體表面直接形成上述分散含有晶體的氧化硅主體層，而且還能夠通過物理蒸鍍法(PVD法)、化學蒸鍍法(CVD法)或溶膠-凝膠法在工具基體表面與該氧化硅主體層之間形成含有選自周期表的4a、5a、6a族、Al、Si中的至少一種以上的元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物的基底層之后，在該基底層硬質皮膜的表面包覆形成上述氧化硅主體層。
[0026]作為基底層的具體例子，例如能夠舉出通過化學蒸鍍形成的TiN層、TiCN層、TiCO層、TiCNO層等Ti化合物層，并且能夠舉出通過物理蒸鍍形成的Ti和Al的復合氮化物層、Cr和Al的復合氮化物層等。
[0027]本發明的包覆工具具備例如通過溶膠-凝膠法成膜的厚度為0.5~5.0 μ m的氧化硅主體層作為硬質包覆層的表面層，但是若氧化硅主體層的層厚不到0.5μπι，則無法在長期使用中發揮充分的耐磨損性，另一方面，若層厚超過5.0 μ m，則易產生崩刀，因此將氧化娃主體層的層厚設定為0.5~5.0 μ m。
[0028]對于氧化硅主體層中含有的鋁的粒狀氧化物晶體，由于具有優異的高溫硬度及化學穩定性，因此兼顧氧化硅主體層所具有的潤滑性，由此即使在刀尖由于高速切削時的發熱而變成高溫時，尤其在前刀面損傷方面仍顯示優異的耐磨損性。
[0029]構成本發明的包覆工具的表面層的氧化硅主體層例如通過后述的溶膠-凝膠法成膜，由此其主體由氧化硅構成，該層中分散含有以層中所占的面積比例計為5~50面積％的鋁氧化物晶體。
[0030]關于上述鋁粒狀氧化物晶體，以透射電子顯微鏡(TEM)觀察氧化硅主體層時，可知上述粒狀氧化物晶體的平均截面直徑從基體或基底層與氧化硅主體層的界面朝向氧化硅主體層的表面減少，并且例如在視場區域0.25X0.25 μ m范圍通過縱截面TEM觀察求出該晶體在氧化硅主體層中所占的面積比例時，占5~50面積％。
[0031]另外，關于本發明中所說的上述粒狀氧化物晶體的平均截面直徑，測定各個晶體的截面面積，并求出將這些作為圓形的面積來換算時的該圓形的直徑，將該直徑設為各個晶體的截面直徑時，本發明中將平均該截面直徑的平均值稱為平均截面直徑。
[0032]優選氧化硅主體層中含有的上述氧化物晶體的平均截面直徑為0.05~0.5 μ m,并優選氧化硅主體層表面附近的平均截面直徑為基體或基底層與氧化硅主體層的界面附近的平均截面直徑的1/3以下。另外，氧化硅主體層表面附近是指從氧化硅主體層表面向基體方向至氧化硅主體層的膜厚的1/3為止的范圍內的氧化硅主體層的一部分，基體或基底層與氧化硅主體層的界面附近是指從基體或基底層與氧化硅主體層的界面向氧化硅主體層表面方向至氧化硅主體層的膜厚的1/3為止的范圍內的氧化硅主體層的一部分。例如在視場區域0.25X0.25μπι范圍通過縱截面TEM觀察求出氧化硅主體層表面附近及基體或基底層與氧化硅主體層的界面附近的平均截面直徑，則優選上述氧化物晶體占氧化硅主體層的5~50面積％，并且氧化硅主體層表面附近含有的上述氧化物晶體的平均截面直徑為基體或基底層與氧化硅主體層的界面附近含有的上述氧化物晶體的平均截面直徑的1/3以下。
[0033]另外，若上述晶體在氧化硅主體層中所占的面積比例超過50面積％，則固定晶體的分散組織的氧化硅的比例減少，因此氧化硅主體層中出現脆化傾向。
[0034]另一方面，面積比例不到5面積％時，有助于提高耐磨損性的晶體會減少，因此氧化硅主體層的耐磨損性降低。
[0035]因此，本發明中將上述晶體在氧化硅主體層中所占的面積比例設定為5~50面積％。
[0036]對于各個上述鋁氧化物晶體，求出具有與該晶體的面積相同面積的圓形的直徑作為該晶體的截面直徑，并且將所求出的截面直徑的平均值設為平均截面直徑時，若上述晶體的平均截面直徑不到0.05 μ m，則無法實現基于龜裂迂回的龜裂擴展能量的釋放，崩刀、剝離等的抑制效果較小，另一方面，若平均截面直徑超過0.5 μ m，則成為粗大的晶體分散組織，因此由于切削時的溫度上升引起的該晶體的熱膨脹，被負載微觀應力，易成為龜裂起點而導致耐崩刀性降低。
[0037]因此，將上述晶體的平均截面直徑設定為0.05~0.5 μ m。[0038]另外，通過上述粒狀氧化物晶體的平均截面直徑從與基體或基底層的界面朝向表面減少，表面附近含有比較微細的晶體，所以較硬，耐磨損性優異，界面附近含有比較大的晶體，因此龜裂的迂回效果較大，韌性優異，難以剝離，并且上述粒狀氧化物晶體的平均截面直徑連續或階段性地變化，因此在膜厚方向上不存在熱特性、力學特性急劇變化的部分，難以產生龜裂，因此能夠長期兼顧耐磨損性和韌性。并且，本發明中，規定上述鋁氧化物晶體占氧化硅主體層截面的面積、膜厚方向的平均截面直徑的變化，僅通過這些，耐磨損性、韌性也會提高，因此能夠實現長壽命化，但是若氧化硅主體層表面附近含有的上述鋁氧化物晶體的平均截面直徑為基體或基底層與氧化硅主體層的界面附近的平均截面直徑的1/3以下，則尤其氧化硅主體層表面附近顯示優異的耐磨損性，因此氧化硅主體層不易磨損，壽命顯著延長。
[0039]另外，通過直接成膜于工具基體，上述氧化硅主體層雖然能夠發揮其性能，但是將包含碳氮化鈦的硬質合金作為基體時，通過在氮氣氛中的燒成，能夠使工具基體表面附近較多地含有T1、Ta、Nb、Zr中的至少一種耐磨損性較高的碳氮化物來形成基體表面固化層，并且提高氧化硅主體層與工具基體的密合強度，延長工具壽命。另外，優選形成該基體表面固化層之后的硬質合金基體的硬度以維氏硬度(Hv)計為2200以上、2800以下。此時，通過較多含有碳氮化物，基體表面附近的Co相對減少，例如利用掃描電子顯微鏡(SEM)進行從表面向深度方向0.5~3.0 μ m的截面觀察，并在分析視場區域IXlym范圍通過基于波長分散性X射線光譜法的定量分析檢測作為結合相金屬的Co的含量時，若將Co的含量設為不到2.0質量％，則充分形成成為基體表面固化的主要原因的碳氮化物，耐磨損性進一步提聞。
[0040]若基體表面固化層的平均層厚為0.5μπι以下，則在無法充分發揮耐磨損性的狀態下立刻磨損，若為3.Ομπι以上則變得易崩刀。
[0041]另外，將碳氮化鈦基金屬陶瓷作為基體時，將在燒成工序中在升溫及最高溫度下保持時的氣氛設為預定的氮氣氛，并在保持中途或降溫時減壓，由此與在恒定壓力的氮氣氛中實施整個燒成工序時相比，能夠使表面更加固化。這是因為，若在恒定的氮壓力下實施在最高溫度中保持為止的工序，則在基體內部均勻地分散形成硬度較高的碳氮化物，但若對此進行在升溫或保持的中途為止在比較高的氮壓力下進行處理，從保持的途中或降溫時設為進一步減壓的氮氣氛來進行處理，則僅在基體的最表面脫氮，由此Ti或Nb等向Ni或Co金屬結合相的溶解及從內部向基體表面的擴散變得活躍，在表面促進Ti或Nb等碳氮化物的形成，形成基體表面固化層。另外，優選形成該基體表面固化層后的金屬陶瓷基體的硬度以維氏硬度(Hv)計為2000以上、2600以下。并且，此時與上述硬質合金基體相同，基體表面附近的Ni及Co相對減少，若將作為結合相金屬的Ni及Co的含量設為不到2.0質量％，則充分形成成為基體表面固化的主要原因的碳氮化物，耐磨損性進一步提高。
[0042]構成本發明的包覆工具的表面層的氧化硅主體層，例如能夠通過以下示出的溶膠-凝膠法形成。
[0043]氧化物晶體的準備:
[0044]本發明中，通過溶膠-凝膠法形成氧化硅主體層時，作為添加于硅溶膠中的晶體，使用鋁的氧化物晶體，但是為了在最終形成的氧化硅主體層上，使該晶體面積比例成為預定值，進而為了使該晶體的平均截面直徑成為預定值，對所添加的晶體進行如下制備。[0045]將該氧化物晶體搬入到具有轉動流動層的風力裝置，將層內壓力保持為-400mmAq，加熱的同時使其以轉子轉速240~400rpm轉動流動，以一次空氣量55~70L/分鐘吹入空氣的同時通過設置于該風力裝置的上部的交叉網格進行5分鐘的風力分級，由此能夠得到預定尺寸的氧化物晶體。
[0046]硅溶膠的制備:
[0047]首先，向硅的醇鹽(例如四乙氧基硅烷)添加醇(例如乙醇)，添加預定量、預定尺寸的鋁的氧化物晶體之后，進一步添加預定濃度的酸(例如鹽酸)之后，在10~40°C的溫度范圍內攪拌I~3小時，由此制備硅溶膠。另外，作為含有該晶體的方法，由于優選該晶體均勻地分散并吸收于在制備前驅體溶膠時的水解及縮聚反應中形成的Si與O的網絡中，因此優選在添加鹽酸而開始水解及縮聚之前添加該晶體。另外，硅的醇鹽的粘性較高，難以攪拌，因此優選例如預先在醇中添加晶體并進行攪拌來使其分散。
[0048]硅溶膠的保持:
[0049]接著，對于上述硅溶膠，為了等到溶膠中產生的水解/縮合反應達到平衡狀態，在20~40°C的 溫度范圍內保持12小時以上。
[0050]干燥和燒成:
[0051]將工具基體或在其表面包覆形成有中間層的工具基體浸潰于上述硅溶膠中，接著反復進行100~500°C下的干燥處理，接著在300~900°C的溫度范圍內進行燒成處理，成膜具有0.5~5.0 μ m的平均層厚的氧化娃主體層。
[0052]通過上述干燥處理，形成分散含有氧化物晶體的氧化硅的干燥溶膠，通過接著進行的燒成處理，形成在氧化硅相中分散含有預定面積比例且預定平均截面直徑的氧化物晶體的氧化硅主體層。
[0053]并且，通過使用多種以預定量含有不同晶體尺寸的硅溶膠，以氧化硅主體層中含有的氧化物晶體的平均截面直徑向膜厚方向變化的方式成膜。
[0054]上述氧化硅主體層的膜厚依賴于向硅溶膠的浸潰次數，但若包覆形成的上述氧化硅主體層的膜厚不到0.5 μ m，則無法在長期使用中發揮優異的耐磨損性，另一方面，若膜厚超過5.0 μ m，則氧化硅主體層易產生剝離，因此將上述氧化硅主體層的膜厚設為0.5~
5.0 μ m0
[0055]另外，分散含有于氧化硅主體層的氧化硅晶體的面積比例受形成硅溶膠時添加的氧化物晶體的尺寸及添加量的影響。
[0056]另外，將干燥處理的溫度范圍設為100~500°C是因為，若不到100°C則無法進行充分的干燥，若超過500°C則凝膠的體積收縮急劇進行而產生龜裂等，且皮膜易產生剝離等，并且，關于燒成溫度，基于如下理由，即若不到300°C，則并不充分氧化，氧化硅主體層的硬度較低，耐磨損性不充分，另一方面，以超過900°C的溫度進行燒成時，易引起該晶體與氧化硅主體層的熱膨脹差導致的龜裂。
[0057]本發明的包覆工具中，在工具基體表面以5~50面積％分散含有鋁的粒狀氧化物晶體，而且包覆形成上述粒狀氧化物晶體的平均截面直徑從基體或基底層與氧化硅主體層的界面朝向氧化硅主體層表面減少的氧化硅主體層，因此即使在用于伴有高熱產生且有斷續性、沖擊性負荷作用于切削刃的鑄鐵、碳鋼等的高速斷續切削加工時，也不會產生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，在長期使用中發揮優異的耐磨損性。【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1是關于本發明工具I的氧化硅主體層的縱截面示意圖。
【具體實施方式】
[0059]接著，通過實施例對本發明進行更具體的說明。
[0060][實施例1]
[0061](a)作為原料粉末，準備0.8 μ m的平均粒徑的微粒WC粉末、2~3 μ m的平均粒徑的中粒WC粉末和均具有I~3 μ m的平均粒徑的TiCN粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末及Co粉末,將這些原料粉末配合成表1所示的預定配合組成,進一步添加臘并在丙酮中球磨混合24小時，進行減壓干燥之后，以98MPa的壓力沖壓成型為預定形狀的壓坯，在5Pa的真空中，以在1400°C的溫度下保持I小時的條件真空燒成該壓坯，燒成后，通過對切削刃部實施R:0.05mm的刃口修磨加工來制造出具有IS0.CNMG120408中規定的刀片形狀的WC基硬質合金制工具基體A、B、C、D、E、F、G、H、I (稱為工具基體A、B、C、D、E、F、G、H、I)。
[0062]其中，關于在1400°C下保持I小時后冷卻至1320°C的步驟，對硬質合金基體F在
3.3kPa的氮氣氛中進行40分鐘，對硬質合金基體G在IkPa的氮氣氛中進行40分鐘，對硬質合金基體H在2kPa的氮氣氛中進行10分鐘,對硬質合金基體I在3.3kPa的氮氣氛中花費120分鐘進行冷卻，由此對基體表面進行固化處理。
[0063](b)接著，對上述工具基體A~I形成底層。
[0064]另外，形成底層時，對于上述工具基體A及B，裝入到化學蒸鍍裝置，利用表2所示的成膜條件，關于由具有粒狀晶體組織的TiN層、TiCN層、TiCO層、TiCNO層、及縱向生長晶體組織的TiCN層(以下，以1-TiCN表示)構成的Ti化合物層，以表5所示的皮膜構成預先形成基底層。另一方面，對于上述工具基體C，裝入到作為物理蒸鍍裝置的一種的電弧離子鍍裝置，預先形成由表5所示的膜厚的Tia5Ala5N層構成的基底層。
[0065]并且，對于上述工具基體D，同樣裝入到電弧離子鍍裝置，預先形成由表5所示的膜厚的Ala7Cra3N層構成的基底層。
[0066]另一方面，對于上述工具基體E、F、G、H、I，未特別進行基底層的形成。
[0067](C)另一方面，如下進行用于通過溶膠-凝膠法包覆形成作為硬質包覆層的最表面層的氧化硅主體層的硅溶膠的制備。
[0068](甲)首先，反應原料中的各成分的溶液組成以摩爾比計成為如下的方式進行添加之后，以表4所示的條件在恒溫槽中攪拌并保持，由此制備硅溶膠。另外，預先在下述乙醇中，預先將表3所示的預定尺寸、預定量的鋁的氧化物晶體添加于表4所示的各個硅溶膠中并進行了攪拌。
[0069](四乙氧基硅烷):(水):(乙醇):(鹽酸)
[0070]=1:20 ~40:30 ~40:0.2 ~0.5
[0071](乙)接著，將上述硅溶膠涂布于上述工具基體A~I的底層表面。
[0072](丙)接著，以表4所示的條件在大氣中對上述浸潰涂布的硅溶膠進行干燥處理，而且，依次使用表6所示的溶膠，以同樣示于表6的提升速度反復涂布和干燥之后，在大氣中以800°C進行I小時的燒成處理，由此制造表5、6所示的本發明的包覆工具I~18 (稱為本發明工具I~18)。
[0073]對于上述本發明工具I~18，關于氧化硅主體層的縱截面，從基體或基底層與該氧化硅主體層的界面朝向該氧化硅主體層的表面，在0.25X0.25 μ m的視場范圍，用透射電子顯微鏡(TEM)進行數次觀察的結果，確認到氧化硅相中所含有的上述粒狀氧化物晶體的平均截面直徑減少，并且被分散含有。
[0074]圖1中，作為一例示出本發明工具I的氧化硅主體層的縱截面示意圖。
[0075]對于上述本發明工具I~18，從基于透射電子顯微鏡的觀察結果計算氧化物晶體占氧化硅主體層的縱截面觀察視場范圍的占有面積比例(面積％)及該氧化物晶體的平均截面直徑，將其結果假設為平面，求出氧化物晶體所占的面積比例，并且對將該氧化物晶體的面積作為圓形面積計算時的近似圓的直徑進行五處測定，將其平均值作為平均截面直徑來計算。
[0076]并且，同時利用掃描電子顯微鏡對氧化硅主體層的平均層厚進行截面測定的結果，均顯示出實際上與目標層厚相同的平均值(五處的平均值)。
[0077]表6中示出在各觀察視場中測定/計算的氧化物晶體的面積比例(面積％)和平均截面直徑Um)的值。
[0078]另外，上述本發明工具I~18中，對于不設置基底層而是在硬質合金基體上直接成膜氧化硅主體層的工具，針對硬質合金基體表面的Co含量，通過利用掃描電子顯微鏡(SEM)的波長分散型X射線光譜法，以在硬質合金基體的縱截面觀察視場中從基板表面向深度方向處于0.5~3.0 μ m的范圍內的I X I μ m的面分析對五個視場進行定量分析,并米用其平均值。
[0079]表5中不出表面固化層層厚及表面固化層中的結合相金屬量。
[0080][比較例I]
[0081]為了比較，通過以下制造方法制造包覆工具。
[0082](甲)首先，反應原料中的各成分的溶液組成以摩爾比計成為如下比例的方式進行添加，并以表4所示的條件制備硅溶膠。并且，此時，將與實施例1中使用的鋁粒狀氧化物晶體不同量的鋁粒狀氧化物晶體預先添加于乙醇，并與實施例1同樣地預先進行攪拌。
[0083](四乙氧基硅烷):(水):(乙醇):(鹽酸)
[0084]=1:20 ~40:30 ~40:0.2 ~0.5
[0085](乙)接著，將上述硅溶膠涂布于分別形成有基于所述化學蒸鍍法的Ti化合物層及基于物理蒸鍍法的TiAlN層、AlCrN層的上述硬質合金基體A~D及未實施特別的表面處理的硬質合金基體E~I的表面。
[0086](丙)接著，以表4所示的條件在大氣中對上述涂布的硅溶膠進行干燥處理，并且反復涂布及干燥直至成為預定層厚之后，在大氣中以800°C進行I小時的燒成處理，由此制造表7、8所示的比較例的包覆工具I~9 (稱為比較例工具I~9)。
[0087]對于比較例工具I~9，對已測定/計算的氧化物晶體在各觀察視場的面積比例(面積％)、平均截面直徑(μ m)及基體中的表面固化層層厚(μ m)及表面固化層中的結合相金屬量(質量％)進行測定/計算。
[0088]表7、8中示出其結果。[0089][參考例I]
[0090]為了參考，利用未含有鋁的粒狀氧化物晶體的硅溶膠，根據所述(甲)~(丙)的工序，對所述工具基體A~I包覆形成預定層厚的氧化硅層，由此制造表7、8所示的參考例的包覆工具I~9 (稱為參考例工具I~9)。
[0091]接著，對于上述本發明工具I~18、比較例工具I~9及參考例工具I~9，以如下條件進行鑄鐵FC250的干式高速斷續切削加工試驗。
[0092]即、進行工件:FC250的在長度方向上等間隔地形成有4條縱槽的圓棒、
[0093]切削速度:350m/min、
[0094]切深量:2.3mm、
[0095]進給量:0.2mm/rev.、
[0096]切削時間:5分鐘
[0097]的條件下的干式高速斷續切削加工試驗(通常的切削速度為320m/min.)。
[0098]對于切削加工試驗后的各個工具的磨損狀態進行觀察，并測定后刀面磨損量。
[0099]將這些結果示于表9。
[0100][表 I]
【權利要求】
1.一種表面包覆切削工具，其通過在由碳化鎢基硬質合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷構成的工具基體的表面包覆形成硬質包覆層而成，其特征在于， a、上述硬質包覆層具備由直接或經由基底層形成于工具基體的表面且具有0.5~5.0 μ m的平均層厚的氧化硅主體層構成的表面層， b、上述氧化硅主體層中分散含有以層中所占的面積比例計為5~50面積％的鋁的粒狀氧化物晶體， C、將對上述粒狀氧化物晶體的各個截面的面積換算為圓形面積時的直徑設為截面直徑，并將該截面直徑的平均值設為平均截面直徑時，上述粒狀氧化物晶體的平均截面直徑從基體或基底層與氧化硅主體層的界面朝向氧化硅主體層的表面減少。
2.一種表面包覆切削工具，其特征在于， 權利要求1所述的粒狀氧化物晶體的平均截面直徑在0.05~0.5 μ m的范圍內，氧化硅主體層表面附近的平均截面直徑為基體或基底層與氧化硅主體層的界面附近的平均截面直徑的1/3以下。
3.根據權利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其通過在由碳化鎢基硬質合金構成的工具基體的表面包覆形成硬質包覆層而成，其特征在于， 從上述工具基體的表面向深度方向形成具有0.5~3.0μ m的平均層厚的基體表面固化層，作為包含于該基體表面固化層的結合相金屬的Co的平均含量不到2.0質量％。
4.根據權利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其通過在由碳氮化鈦基金屬陶瓷構成的工具基體的表面包覆形成硬質包覆層而成，其特征在于， 從上述工具基體的表面向深度方向形成具有0.5~3.0 μ m的平均層厚的基體表面固化層，作為包含于該基體表面固化層的結合相金屬的Co及Ni的總計平均含量不到2.0質量％。
【文檔編號】C23C30/00GK103831466SQ201310573743
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2012年11月21日
【發明者】柿沼宏彰, 高岡秀充, 長田晃, 櫻井英章, 黑光祥郎 申請人:三菱綜合材料株式會社