CN105102164B

CN105102164B - 切削工具

Info

Publication number: CN105102164B
Application number: CN201480020510.3A
Authority: CN
Inventors: 月原望; 濑户山诚; 冈村克己
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: PL3088107T3; US20160068449A1; WO2015098393A1; JP2015123530A; EP3088107B1; JP5879664B2; US9884790B2; CN105102164A; EP3088107A4; KR20160100817A; KR102253560B1; CA2907645A1; EP3088107A1

Abstract

根据本发明的切削工具包括基材和形成于该基材上的覆膜。所述基材为含有30体积％至80体积％的立方氮化硼、以及结合剂的烧结体。基材中与覆膜接触的表面具有多个由立方氮化硼形成的凸部和多个由结合剂形成的凹部。基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度(Rsub)为0.1μm至0.4μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度(Rsurf)为0μm至0.15μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度(Rasurf)为0μm至0.1μm。基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度(Rsub)大于覆膜的最外表面的表面粗糙度(Rsurf)。

Description

切削工具

技术领域

本发明涉及一种切削工具，其包括基材和形成于该基材上的覆膜。

背景技术

一直以来，为提高使用立方氮化硼烧结体等作为基材的切削工具的寿命，已经进行了尝试。例如，已经提出了诸如下述的那些尝试。

即，日本专利特开No.2001-220268(PTD 1)公开了：通过抛光基材表面和覆膜表面中的至少一者从而将覆膜表面的中心线平均表面粗糙度Ra降低至0.2μm以下。

日本专利特开No.2007-283487(PTD2)公开了珩磨面的表面粗糙度Rz被设置在0.1Z至0.5Z的范围内的不重磨刀片。

日本专利特开No.2012-157915(PTD3)和日本专利特开No.2012-157916(PTD4)分别公开了：在与覆膜接触的基材表面上形成凹部和凸部，以及通过规定前刀面和后刀面的表面粗糙度、基材上的凹部和凸部的高度绝对值和它们之间的距离绝对值、以及前刀面的表面粗糙度和后刀面的表面粗糙度之间的大小关系，从而维持了基材和覆膜之间的良好密着性，并且实现了在切削加工期间防止附着，并提高了加工表面的质量。

日本专利特开No.2005-279821(PTD5)和日本专利特开No.2005-279822(PLD6)分别公开了：规定前刀面和后刀面的表面粗糙度之间的大小关系，从而在维持耐磨性的同时抑制崩裂。

引用列表

专利文献

PTD 1：日本专利特开No.2001-220268

PTD 2：日本专利特开No.2007-283487

PTD 3：日本专利特开No.2012-157915

PTD 4：日本专利特开No.2012-157916

PTD 5：日本专利特开No.2005-279821

PTD 6：日本专利特开No.2005-279822

发明内容

技术问题

关于PTD1，在对覆膜施加高负荷的高效加工中，对Ra规定为0.2μm以下、以及抛光基材和覆膜中的至少一者是不充分的，因而可能发生由于表面上溶着(melting andadhering)所导致的崩裂和/或剥离。

关于PTD2，对不具有覆膜的切削工具的基材的表面粗糙度进行规定从而降低溶着。然而，尤其是为了提高在高效加工期间的耐磨性，需要耐热性比立方氮化硼烧结体更高的覆膜，因而仅规定基材的表面粗糙度不足以延长切削工具的寿命。

关于PTD3和PTD4，不易于实现立方氮化硼烧结体与覆膜的良好密着力，因而取决于基材上的凹部和凸部的规定，在诸如近年来淬硬钢切削中的渗碳层除去、和高进给切削条件等严苛的切削条件下，有益效果可能不充分。另外，仅规定基材的表面粗糙度不能确保覆膜表面的平滑性，并且对于淬硬钢而言切削阻力的推力分量高于其主力分量，因此不能完全防止负棱面(negative land face)和后刀面上溶着的增加。

关于PTD5和PTD6，没有考虑到以立方氮化硼烧结体作为基材并在其上形成有硬度比基材硬度低的覆膜的工具。特别是，立方氮化硼烧结体较不容易得到与覆膜的良好密着力，并且覆膜的总膜厚低。因此，对于被覆立方氮化硼烧结体的工具，不能提供充分的有益效果。

为了解决上述问题而做出了本发明，本发明的目的是提供一种长寿命的切削工具，即使处于高负荷和高效切削条件下，该切削工具仍允许稳定地加工。

解决问题的方案

根据本发明的切削工具是这样一种切削工具，其包括基材和形成于该基材上的覆膜。所述基材为含有30体积％至80体积％的立方氮化硼、以及结合剂的烧结体。所述结合剂包含至少一种化合物，该化合物由选自在日本使用的元素周期表中第IV族元素(Ti、Zr、Hf)、V族元素(V、Nb、Ta)和VI族元素(Cr、Mo、W)以及铝构成的组中的至少一种元素和选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种元素形成。基材中与覆膜接触的表面具有多个由立方氮化硼形成的凸部和多个由结合剂形成的凹部。覆膜包含至少一层组成为M1_xL1_y(其中x和y表示原子比(0<x≤1.2且y＝1)；M1为选自在日本使用的元素周期表中第IV族元素、V族元素和VI族元素、铝和硅构成的组中的至少一种元素；并且L1为选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种元素)的层。基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub为0.1μm至0.4μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf为0μm至0.15μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度Rasurf为0μm至0.1μm。基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub大于覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf。

发明的有益效果

由于具有上述构成，本发明的切削工具即使是在高负荷和高效切削条件下，仍具有长寿命，并且允许稳定地加工。

具体实施方式

[本发明实施方案的描述]

首先，采用下列第(1)至(4)点对本发明的实施方案(以下也称为“该实施方案”)进行概述。

(1)根据该实施方案的切削工具是这样一种切削工具，其包括基材和形成于该基材上的覆膜。所述基材为含有30体积％至80体积％的立方氮化硼、以及结合剂的烧结体。所述结合剂包含至少一种化合物，该化合物由选自在日本使用的元素周期表中第IV族元素、V族元素和VI族元素以及铝构成的组中的至少一种元素、和选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种元素形成。基材中与覆膜接触的表面具有多个由立方氮化硼形成的凸部和多个由结合剂形成的凹部。覆膜包含至少一层组成为M1_xL1_y(其中x和y表示原子比(0<x≤1.2且y＝1)；M1为选自在日本使用的元素周期表中第IV族元素、V族元素和VI族元素、铝和硅构成的组中的至少一种元素；并且L1为选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种元素)的层。基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub为0.1μm至0.4μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf为0μm至0.15μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度Rasurf为0μm至0.1μm。基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub大于覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf。

由于具有上述构成，根据该实施方案的切削工具即使是在高负荷和高效切削条件下，仍具有长寿命，并且允许稳定地加工。

这里，借助于扫描电子显微镜测量的、基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度R表示为Rsub。借助于扫描电子显微镜测量的、覆膜的最外表面的表面粗糙度R表示为Rsurf。借助于触针式轮廓仪测量的、覆膜的最外表面的表面粗糙度Ra表示为Rasurf。

借助于扫描电子显微镜测量的表面粗糙度R定义如下。即，首先，将使用扫描电子显微镜在2000倍的倍率下观察的切削工具的刃破裂面的反向散射电子图像放大2.5倍。接下来，选出包括基材和覆膜之间的界面、以及覆膜最外表面的界面的50μm的四方区域，用宽度为0.3mm以下的线分别追踪这两个界面，然后提取。采用图像处理软件(例如具有“Winroof”商标的软件，MITANI CORPORATION的产品)将这些线数字化，从而计算各自的平均值，并在水平方向上画出平均线。之后，将平均线分别定义为X轴，并将与其垂直的线定义为Y轴。然后沿着X方向(50μm)对Y值进行积分，并用所得值除以50μm。算出的值是表面粗糙度R。需要注意的是，上面提及的刃破裂面是指，沿着包括工具用于切削处附近的前刀面的法线的平面所截取的、包括基材的前刀面、后刀面和负棱面以及覆膜的前刀面、后刀面和负棱面的截面。

此外，借助于触针式轮廓仪测量的表面粗糙度Ra是在用触针式轮廓仪测量工具用于切削处附近的前刀面和后刀面上的覆膜的表面的400μm四方区域时，在JIS B 0601-2001标准中规定的算术平均粗糙度。

(2)覆膜的厚度优选为0.2μm至10μm。这使得耐磨性和耐剥离性进一步提高。此处，选择使用扫描电子显微镜以2000倍的放大倍率所观察的切削工具的刃破裂面的反向散射电子图像中的50μm四方区域，并将自所选区域中基材的凹部至覆膜表面沿垂直方向延伸的线的长度定义为覆膜的厚度。

(3)基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub优选为0.1μm至0.15μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf优选为0μm至0.08μm。这种形式的、基材的更粗糙表面以及覆膜的更平滑的表面使得耐破裂性和耐剥离性进一步提高。

(4)烧结体优选包含65体积％至75体积％的立方氮化硼。这使得耐破裂性进一步提高。

[本发明实施方案的详细内容]

下面将详细说明根据该实施方案的切削工具。然而，应当理解，本发明不限于此。

<切削工具>

根据该实施方案的切削工具被构造为包括基材和形成于基材上的覆膜。优选地，这样的覆膜覆盖于基材的整个表面上。然而，即使当基材中的一部分未被该覆膜覆盖，或者覆膜的构成部分差异化，这样的构造也不脱离本发明的范围。

根据该实施方案的这种切削工具的例子为(例如)钻头、端铣刀、钻头用切削刃替换型切削刀片、端铣刀用切削刃替换型切削刀片、铣削用切削刃替换型切削刀片、车削用切削刃替换型切削刀片、金工锯、齿轮切削刀具、铰刀、丝锥和机轴的销铣加工用切削刀片。

另外，根据该实施方案的切削工具不仅限于整个工具包括基材和形成于基材上的覆膜的如上所述构造的工具，还可以包括仅工具的一部分(具体来说，刃区域(切削刃部分)等)被构造为具有上述构成的工具。例如，被构造为由硬质合金等制成的基体(支持体)的仅刃区域具有上述构成的工具也包括在根据该实施方案的切削工具内。需要注意的是，在这种情况中，这种刃区域在术语上被认为是切削工具。换句话说，即使仅在切削工具的一部分中实施上述构成时，具有上述构成的该部分也应当被称作切削工具。

<基材>

根据该实施方案的基材是包含30体积％至80体积％的立方氮化硼以及结合剂的烧结体。根据该实施方案的烧结体可包含其他组分，只要含有上述两种组分即可。该烧结体还可以包含由所使用的原料、制造条件等所带来的不可避免的杂质。

根据该实施方案的烧结体中所含的立方氮化硼本身具有高硬度，因而在加工具有高硬度的淬硬钢中是有利的。该立方氮化硼的含量小于30体积％会导致耐破裂性不充分，而超过80体积％的含量表示结合剂的比率相对降低，这会导致耐热性不充分且耐磨性降低。从淬硬钢加工(其在最近几年变得更高效)所需的耐断裂性考虑，含量为65体积％至75体积％的立方氮化硼是特别优选的。

需要注意的是，这样的含量(体积％)可以通过将烧结体制造期间所使用的立方氮化硼粉末的体积百分数选为上述范围来实现，并且可以借助电感耦合射频等离子体光谱法(ICP)对烧结体进行定量分析，或者利用扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)进行组织观察、元素分析等来确认。具体来说，立方氮化硼的含量可以通过以下方式确认：利用SEM观察烧结体的组织，根据对比度差区别立方氮化硼和结合剂，并利用图像分析计算面积比，将该面积比当作体积百分数。同时，这可以获得下述结合剂的体积百分数。

根据该实施方案的烧结体中所含的结合剂包含至少一种化合物，该化合物由选自在日本使用的元素周期表中第IV族元素、V族元素和VI族元素以及铝构成的组中的至少一种元素和选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种元素形成。这可以在具有高硬度的淬硬钢的加工中实现良好的耐破裂性。

这样的结合剂可以为(例如)TiN、TiB₂、ZrN、HfN、TiAlN(TiNAl)、TiAlCN(TiCNAl)、Al₂O₃、AlN、AlB₂等。

需要注意的是，当化合物在本文中使用上述化学式表示时，没有显示对原子比的具体限制的化学式旨在包括目前已知的任何原子比，且并不意图限于在化学计量范围内的那些化学式。例如，简单表示的式子“TiN”不是将“Ti”和“N”之间的原子比限制为50:50，式子“ZrN”也不是将“Zr”和“N”之间的原子比限制为50:50，这些式子旨在包括目前已知的任意原子比。

<覆膜>

根据该实施方案的覆膜包含至少一层组成为M1_xL1_y(其中x和y表示原子比(0<x≤1.2且y＝1)；M1为选自在日本使用的元素周期表中第IV族元素、V族元素和VI族元素、铝和硅构成的组中的至少一种元素；并且L1为选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种元素)的层。这可以在高负荷和高效能的淬硬钢加工中实现良好的耐磨性。

上述层可以为(例如)由TiAlN、TiCN、AlCrN、TiN、TiSiN、TiNbCN、AlCrSiN、AlVCrN、TiSiCN、TiAlWN等制成的层。

需要注意的是，只要包含如上所述的层即可，也可以包含任意其他层。

优选的是，根据该实施方案的覆膜的厚度为0.2μm至10μm。厚度小于0.2μm可能导致耐磨性不充分，厚度超过10μm会使得覆膜自身表现出更易于剥离的趋势。覆膜的厚度更优选为1μm至5μm。

<表面粗糙度>

在该实施方案中，基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub为0.1μm至0.4μm；覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf为0μm至0.15μm；覆膜的最外表面的表面粗糙度Rasurf为0μm至0.1μm。另外，基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub大于覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf。如上所述，基材的表面的表面粗糙度Rsub大于覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf(即基材的表面更粗糙)这样的构成使得基材和覆膜之间的密着力因锚固效应(anchoring effect)而提高。此外，覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf小于基材的表面的表面粗糙度Rsub(即覆膜表面更光滑)这样的构成使得耐断裂性和耐剥离性提高。

基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub小于0.1μm不易于提供良好的锚固效应，从而覆膜的密着力降低而不能获得性能，而大于0.4μm导致将会反映在覆膜表面的表面粗糙度过大，从而难以降低表面粗糙度。另外，覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf大于0.15μm会使得在凹凸部分中发生溶着，从而更容易自凸部发生剥离和/或崩裂。此外，覆膜的最外表面的表面粗糙度Rasurf大于0.1μm同样会使得在凹凸部分中发生溶着，从而更容易自凸部发生剥离和/或崩裂。基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub更优选为0.1μm至0.15μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf更优选为0μm至0.08μm。覆膜的最外表面的表面粗糙度Rasurf更优选为0μm至0.06μm。

在该实施方案中，基材中与覆膜接触的表面具有多个由立方氮化硼制成的凸部和多个由结合剂制成的凹部。如本文所用，短语“多个”旨在排除其中仅设置一个这种凸部和仅设置一个这种凹部的情况，并且并非意图表示任意特定的数。例如，包括表面的每10μm²中含有十个凸部和十个凹部的该表面。覆膜最外表面的表面状态通常包括反映基材表面状态的凸部和凹部。因此，当对覆膜表面进行抛光时，首先使与基材表面凸部相应的覆膜表面的凸部平滑化，因而，立方氮化硼上的覆膜部分变得比其他部分(即，结合剂上的部分)更薄。这可以选择性地降低与覆膜的密着力比结合剂低的立方氮化硼上的膜厚，从而使得耐剥离性提高。

此外，基材凸部上的、覆膜表面侧上的部分中的覆膜的晶粒的早期生长导致更大的晶粒尺寸，而与基材的凸部上的那些相比，基材的凹部上的部分中的覆膜的晶粒尺寸较小。这种晶粒尺寸的不均匀性减少了裂纹蔓延。由于崩裂减少，因此这样的效果在延长寿命方面是有利的，而覆膜崩裂尤其在容易出现崩裂的高效切削中聚集，然后会在基材中生成缺陷，从而降低寿命。

此外，基材凸部上的、覆膜表面侧上的部分中的覆膜(即立方氮化硼上的部分中的覆膜)的晶粒的早期生长导致朝着覆膜表面方向的立方氮化硼上的覆膜所占的比率更高，且朝着基材方向的结合剂上的覆膜所占的比率更高。另外，由于立方氮化硼上的覆膜的晶体之间的结合力比由不同化合物形成和/或以不同尺寸形成的结合剂上的覆膜的晶体之间的结合力大，因此覆膜表面的强度增大。这使得与切削最终阶段相比在切削初始阶段能以较高强度的覆膜进行加工。尤其是在诸如渗碳层除去这样的于切削初始阶段施加高负荷的切削加工中，获得了减小崩裂的效果。此外，结合剂和覆膜之间的高密着力也使得直到切削最终阶段也维持了耐剥离性。

根据该实施方案的切削工具在从棱线至后刀面的部分中的覆膜最外表面的表面粗糙度Rsurf优选小于或等于0.06μm。当加工材料具有低硬度时，在渗碳层除去期间的切削最终阶段，尤其在棱线和后刀面上频繁发生溶着。然而，在从棱线至后刀面的部分中小于或等于0.06μm的表面粗糙度使得溶着不容易发生，从而提高了耐溶着性。

根据该实施方案的切削工具在从棱线至负棱面的部分中的覆膜最外表面的表面粗糙度Rsurf优选小于或等于0.06μm。对淬硬钢的切削会在切削阻力中产生更高的推力分量。因此，在从棱线至负棱面的部分中小于或等于0.06μm的表面粗糙度使得耐崩裂性和耐剥离性进一步提高。

在该实施方案中，棱线表示负棱面和后刀面之间的边沿上的交点部分。负棱面表示在前刀面和后刀面的边沿的交点部分中通过抛光所设置的斜面。

在该实施方案中，关于上述表面粗糙度的规定，除非具体指定了某一部位，否则可以在整个基材上都满足，或者可以仅在基材一部分上满足。需要注意的是，当仅在基材一部分上满足了这些规定并且该部分为后刀面时，这些规定提供了降低后刀面上的溶着(特别是在工件具有低硬度时后刀面上的溶着更加频繁地发生)以及抑制覆膜剥离的优点。或者，当这些规定仅在基材一部分上满足且该部分为前刀面时，这些规定提供了抑制前刀面侧上的膜剥离和/或脱落(膜剥离和/或脱落会在推力分量大时发生)的优点。

<制造方法>

根据该实施方案的基材可以通过诸如超高压烧结等目前已知的制造方法来获得。对所获得的基材进行离子轰击处理会引起结合剂而非立方氮化硼被选择性蚀刻，因而立方氮化硼突出从而在基材表面上形成凸部，并且在结合剂中形成凹部。之后，采用目前已知的条件在基材上形成覆膜。然后，对覆膜表面进行抛光以获得比基材更平滑的覆膜的最外表面。

根据该实施方案的切削工具可以如上所述来制造。

这里，当仅工具一部分被构造为具有该实施方案的构成(例如，仅由硬质合金等制成的基体的刃区域被构造为具有该实施方案的构成)时，这种切削工具可以如下制造。

首先，由硬质合金制成的基体可以通过目前已知的烧结成型技术来制造。然后，借助已知的接合技术并采用已知的蜡材料，将具有上述该实施方案的构成的部分接合至基体的合适部位，从而形成切削工具。

实施例

下面将以实施例对该实施方案进行更详细地说明。然而，该实施方案不限于此。

<基材的制造>

具有表1中所示的组成的基材A至V制造如下。

表1

(基材A的制造)

首先，将平均粒径为1μm的TiN粉末与平均粒径为3μm的Ti粉末混合以使得原子比为Ti:N＝1:0.6，从而获得混合物。将该混合物在真空中在1200℃下热处理30分钟，然后研磨以获得由TiN_0.6制成的金属间化合物粉末。

接下来，将由TiN_0.6制成的金属间化合物粉末与平均粒径为4μm的Al粉混合以使得质量比为TiN_0.6:Al＝90:10，从而获得混合物。将该混合物在真空中在1000℃下热处理30分钟。使用由硬质合金制成的直径6mm的球介质，通过球磨粉碎法将通过热处理获得的化合物均匀研磨，从而获得结合剂的原料粉末。

之后，将平均粒径为2μm的立方氮化硼粒子和结合剂的原料粉末以基材中的立方氮化硼粒子含量将为25体积％的方式共混在一起，然后使用由氮化硼制成的直径3mm的球介质，通过球磨混合法将所得混合物均匀混合，从而获得粉末状的混合物。然后将该混合物堆叠在硬质合金制成的支持基板上，然后封装入由Mo制成的胶囊中。接下来，利用超高压装置将所得物在1300℃的温度和5.5GPa的压力下烧结30分钟，从而获得基材A。

(基材B至S的制造)

按照与基材A相同的方式获得基材B至S，不同之处在于，如表1所示使用不同体积含量和平均粒径的立方氮化硼粒子。

(基材T至V的制造)

首先，将平均粒径为1μm的TiCN粉末与平均粒径为3μm的Ti粉末混合以使得原子比为Ti:C:N＝1:0.3:0.3，从而获得混合物。将该混合物在真空中在1200℃下热处理30分钟，然后研磨以获得由TiC_0.3N_0.3制成的金属间化合物粉末。

接下来，将由TiC_0.3N_0.3制成的金属间化合物与平均粒径为4μm的Al粉混合以使得质量比为TiC_0.3N_0.3:Al＝95:5，从而获得混合物。将该混合物在真空中在1000℃下热处理30分钟。使用由硬质合金制成的直径6mm的球介质，通过球磨粉碎法将通过热处理获得的化合物均匀研磨，从而获得结合剂的原料粉末。然后，使用结合剂的原料粉末，按照与基材A相同的方式获得基材T至V，不同之处在于，如表1所示使用不同体积含量和平均粒径的立方氮化硼粒子。

<试样制备>

(基体的形成)

制备形状为ISO标准DNGA150408且由硬质合金材料(K10级)制成的基体。将上述基体材料(形状：以顶角为55°且夹着该顶角的两侧边分别长2mm的等腰三角形为底面的、厚度为2mm的三角柱)接合至该基体的刃(角部)。采用由Ti-Zr-Cu制成的蜡材料进行接合。接下来，通过在接合体的外周面、上面和下面进行研磨，从而在刃部分形成负棱面形状(负棱面宽150μm，负棱面角25°)。由此，获得了刃(切削刃)部分分别由基材A至V形成的基体。

(成膜装置)

下面将对在后续工序中用于形成覆膜的成膜装置进行说明。成膜装置与真空泵相连，且具有可以抽真空的真空室。真空室中设置有旋转台，该旋转台被构造为借助夹具可以将基体置于其上。置于真空室内的基体可以被设置在真空室中的加热器加热。此外，真空室通过控制流速的质量流量控制器(MFC)与用于引入蚀刻用和成膜用气体的气体管连接。另外，在真空室中，还设置了用于生成蚀刻用Ar离子的钨丝，以及与必要的电源相连的成膜用电弧蒸发源或溅射源。将成膜所需的蒸发源原料(靶)置于电弧蒸发源或溅射源中。

(离子轰击处理)

将如上所述获得的基体置于成膜装置的真空室中，在室内抽真空，之后在旋转台以3rpm的转速旋转的同时将基体加热至500℃。接下来，将Ar气体引入到真空室中，然后使钨丝放电以生成Ar离子。之后，对基体施加偏压，从而通过Ar离子对基体进行离子轰击处理。需要注意的是，该离子轰击处理的条件如下，并且控制处理时间从而获得表2中列出的基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub值。离子轰击时间越长，Rsub变得越大。

Ar气压：1Pa

基板偏压：-600V

处理时间：10至45分钟

以此方式，立方氮化硼形成了凸部，而结合剂形成了凹部，并且如表2所示，获得了基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub。

表2

(试样1至8和17至22的制备)

如上所述对基材A至H和Q至V进行离子轰击处理后，在各基材A至H和Q至V上形成TiAlN层。更具体来说，首先，在如下所述的条件下，通过控制沉积时间以实现表2中所示的厚度，从而形成TiAlN层。

靶：Al和Ti

引入的气体：N₂

成膜压力：4Pa

电弧放电电流：150A

基板偏压：-35V

旋转台转速：3rpm。

接下来，对旋转刷表面涂布#2000级的金刚石松散磨粒，然后通过将旋转刷按压在所获得的覆膜表面上并以受控的处理时间对覆膜表面进行抛光，从而获得表2中所示的覆膜最外表面的表面粗糙度(Rsurf和Rasurf)。

以此方式，获得了TiAlN层分别层叠在基材A至H和Q至V上的试样1至8和17至22。

(试样9和12至15的制备)

如上所述对基材I和L至O进行离子轰击处理后，在各基材I和L至O上形成TiAlN和TiCN层。更具体来说，首先，在如下所述的条件下，通过控制沉积时间以实现表2中所示的总厚度，从而形成TiAlN和TiCN层。

1)形成TiAlN层的条件

靶：Al和Ti

引入气体：N₂

成膜压力：4Pa

电弧放电电流：150A

基板偏压：-35V

旋转台转速：3rpm。

2)形成TiCN层的条件

靶：Ti

引入气体：N₂和CH₄

成膜压力：2Pa

电弧放电电流：180A

基板偏压：-350V

旋转台转速：3rpm。

接下来，在将弹性抛光介质(其利用干喷并采用了金刚石磨粒)调节为在相对于加工面(前刀面、后刀面或负棱面)为100mm的喷射距离下提供15度至70度的喷射角，然后推进喷射30秒的条件下，对所获得的覆膜表面进行抛光，从而获得表2中所示的覆膜最外表面的表面粗糙度(Rsurf和Rasurf)。相对于加工面的喷射角大的话，除去了覆膜而不是减少覆膜表面的凹凸从而降低表面粗糙度。这阻止了覆膜的效果的提供。喷射角小的话，阻止了弹性抛光介质的抛光效果的提供，从而不能降低表面粗糙度。

以此方式，获得了TiAlN和TiCN层分别依次层叠在基材I和L至O上的试样9和12至15。

(试样10的制备)

如上所述对基材J进行离子轰击处理后，在基材J上重复形成AlCrN层、TiN层、TiCN层和TiN层。更具体来说，首先，在如下所述的条件下，通过控制沉积时间以实现表2中所示的总厚度，从而依次重复形成AlCrN层、TiN层、TiCN层和TiN层。

1)形成AlCrN层的条件

靶：Al和Cr

引入气体：N₂

成膜压力：3Pa

电弧放电电流：150A

基板偏压：-50V。

2)形成TiN层的条件

靶：Ti

引入气体：N₂

成膜压力：3Pa

电弧放电电流：150A

基板偏压：-40V。

3)形成TiCN的条件

靶：Ti

引入气体：N₂和CH₄

成膜压力：2Pa

电弧放电电流：180A

基板偏压：-350V

旋转台转速：3rpm。

接下来，采用研磨(lapping)技术对所获得的覆膜表面进行抛光，从而获得表2中所示的覆膜最外表面的表面粗糙度(Rsurf和Rasurf)，其中在研磨技术中，用在橡胶部件上分散有磨粒的磨石轻轻摩擦10秒从而进行抛光。

以此方式，通过在基材J上依次重复层叠AlCrN层、TiN层、TiCN层和TiN层(重复三次)，从而获得试样10。

(试样11的制备)

如上所述对基材K进行离子轰击处理后，在基材K上形成AlCrN层、TiSiN层、TiN层和TiCN层。更具体来说，首先，在如下所述的条件下，通过控制沉积时间以实现表2中所示的总厚度和覆膜最外表面粗糙度，从而形成AlCrN层、TiSiN层、TiN层和TiCN层。

1)形成AlCrN层的条件

靶：Al和Cr

引入气体：N₂

成膜压力：3Pa

电弧放电电流：150A

基板偏压：-50V。

2)形成TiSiN层的条件

靶：Ti和Si

引入气体：N₂

成膜压力：3Pa

电弧放电电流：150A

基板偏压：-40V。

3)形成TiN层的条件

靶：Ti

引入气体：N₂

成膜压力：3Pa

电弧放电电流：150A

基板偏压：-40V。

4)形成TiCN层的条件

靶：Ti

引入气体：N₂和CH₄

成膜压力：2Pa

电弧放电电流：180A

基板偏压：-350V

旋转台转速：3rpm。

接下来，采用研磨技术对所获得的覆膜表面进行抛光，从而获得表2中所示的覆膜最外表面的表面粗糙度(Rsurf和Rasurf)，其中在研磨技术中，用在橡胶部件上分散有磨粒的磨石轻轻摩擦10秒从而进行抛光。

以此方式，获得了在基材K上依次层叠有AlCrN层、TiSiN层、TiN层和TiCN层的试样11。

(试样16的制备)

如上所述对基材P进行离子轰击处理后，在基材P上没有形成覆膜。以此方式，获得了在基材P上没有形成覆膜的试样16。

<表面粗糙度的测定>

采用上述方法测定表面粗糙度Rsub、Rsurf和Rasurf。

<评价>

通过切削渗碳材料来评价如上所述获得的试样1至22的切削工具寿命。

(切削条件)

工件材料：被加工成φ100×300mm形状的渗碳材料(表面HRC60)(渗碳层的厚度通常约为1mm，该层下面的HRC为30至50。对从渗碳层至硬度降低的内部的部分进行加工)

切削速度：100m/min

进给量：f＝0.15mm/rev

切削深度：ap＝0.5mm

切削油：稀释20倍的乳液(商品名“System Cut 96”，Japan Fluid Power SystemSociety的产品)(湿状态)。

<寿命的测定>

寿命定义为损伤宽度超过0.1mm所需的切削时间。这里，将后刀面上的磨损量、断裂量或剥离量中的至少一者超过0.1mm时的时间视为寿命。试样1至22的寿命测定结果示于表3中。

表3

	寿命(分钟)
		试样1	1.2
试样2	6
		试样3	7
试样4	10
		试样5	11
试样6	15
		试样7	1.5
试样8	0.3
		试样9	3
试样10	3
		试样11	6
试样12	10
		试样13	1.5
试样14	0.2
		试样15	1.4
试样16	1.2
		试样17	1.4
试样18	6
		试样19	12
试样20	10
		试样21	4
试样22	0.2

<结果与讨论>

(立方氮化硼的含量)

在试样1至8的评价中，在立方氮化硼含量均为30体积％至80体积％的试样2至7中证实了表现出长寿命的趋势。由此，证实了立方氮化硼含量为30体积％至80体积％是优选的。另外，在立方氮化硼含量均为65体积％至75体积％的试样5和6中，证实了表现出尤其长寿命的趋势。因此，立方氮化硼含量为65体积％至75体积％是特别优选的。

从上述结果显而易见的是，试样2至7是实施例，而试样1和8是比较例。

(基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub和覆膜最外表面的表面粗糙度Rsurf之间的关系)

在试样20至22的评价中，基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度均为0.1μm至0.4μm的试样20至21与基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度小于0.1μm的试样22相比，表现出寿命更长的趋势。由此，可以证实基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub为0.1μm至0.4μm是优选的。

此外，在试样20至22的评价中，与不满足该条件的试样22相比，基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度均大于覆膜最外表面的表面粗糙度的试样20和21表现出寿命更长的趋势。因此，可以证实基材中与覆膜接触的表面的表面粗糙度比覆膜最外表面的表面粗糙度大是优选的。

从上述结果显而易见的是，试样20和21是实施例，而试样22是比较例。

(覆膜最外表面的表面粗糙度Rsurf)

在试样17至19的评价中，试样18和19中的覆膜最外表面的表面粗糙度均为0μm至0.15μm，与覆膜最外表面的表面粗糙度大于0.15μm的试样17相比，试样18和19表现出寿命更长的趋势。因此，可以证实覆膜最外表面的表面粗糙度Rsurf为0μm至0.15μm是优选的。

从上述结果显而易见的是，试样18和19是实施例，而试样17是比较例。

(覆膜厚度)

在试样11至16的评价中，覆膜厚度均为0.2μm至10μm的试样11至13和15与不具有覆膜的试样16和覆膜厚度大于10μm的试样14相比，表现出优异的寿命。因此，可以证实覆膜厚度为0.2μm至10μm是优选的。

需要注意的是，试样11至16都是实施例。

应当理解的是，目前公开的实施方案被认为在所有方面都是示例性而非限制性的。本发明的范围由权利要求书而不是上述说明来表示，并且意图包括与权利要求等同的意义和范围内的全部变更。

Claims

1.一种切削工具，包括基材和形成于该基材上的覆膜，

其特征在于，

所述基材为含有30体积％至80体积％的立方氮化硼、以及结合剂的烧结体，

所述结合剂包含至少一种化合物，该化合物由选自在日本使用的元素周期表中第IV族元素、V族元素和VI族元素以及铝构成的组中的至少一种元素和选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种元素形成，

所述基材中与所述覆膜接触的表面具有多个由所述立方氮化硼形成的凸部和多个由所述结合剂形成的凹部，

所述覆膜包含至少一层组成为M1_xL1_y的层，其中x和y表示原子比，0<x≤1.2且y＝1，M1为选自在日本使用的元素周期表中第IV族元素、V族元素和VI族元素、铝和硅构成的组中的至少一种元素，并且L1为选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种元素，

所述基材中与所述覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub为0.1μm至0.4μm，

所述覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf为0μm至0.15μm，

所述覆膜的最外表面的表面粗糙度Rasurf为0μm至0.1μm，并且

所述基材中与所述覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub大于所述覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf。

2.根据权利要求1所述的切削工具，其中所述覆膜的厚度为0.2μm至10μm。

3.根据权利要求1或2所述的切削工具，其中

所述基材中与所述覆膜接触的表面的表面粗糙度Rsub为0.1μm至0.15μm，并且

所述覆膜的最外表面的表面粗糙度Rsurf为0μm至0.08μm。

4.根据权利要求1或2所述的切削工具，其中所述烧结体含有65体积％至75体积％的立方氮化硼。

5.根据权利要求3所述的切削工具，其中所述烧结体含有65体积％至75体积％的立方氮化硼。