表面被覆切削工具及其制造方法技術

本發明專利技術的表面被覆切削工具包括基材和在該基材上形成的被覆膜。該被覆膜包括至少一層TiCN層。該TiCN層具有柱狀結晶區。該柱狀結晶區的特征在于，其組成為TiCxNy(其中0.65≤x/(x+y)≤0.90)，(422)面的面間距為至并且TC(220)在取向指數TC(hkl)中顯示出最大值。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及包括基材以及在該基材上形成的被覆膜的表面被覆切削工具和制造該表面被覆切削工具的方法。
技術介紹
傳統上，存在已知的包括基材和在基材上形成的被覆膜的表面被覆切削工具，在所述表面被覆切削工具中包括TiCN層作為所述被覆膜。例如，日本專利特開No. 2008-087150(專利文獻I)提出了這樣的嘗試通過將碳相對于碳與氮總數的原子比設定為0. 70至0. 90作為TiCN層的組成，從而改善耐磨性和耐朋裂性。 另外，日本專利特開No. 2006-231433(專利文獻2)提出了這樣的嘗試通過相對于TiCN層的晶粒的晶面提供特定的傾斜角度分布，從而改善耐崩裂性。引用列表專利文獻專利文獻I :日本專利特開No. 2008-087150專利文獻2 :日本專利特開No. 2006-23143
技術實現思路
技術問題如專利文獻I中所公開，雖然通過提高碳相對于碳與氮總數的原子比作為TiCN層的組成可靠地改善了耐磨性，但是相反，被覆膜更可能從基材剝離，結果是，當工具用于斷續切削等時，耐崩裂性不足。另一方面，如專利文獻2中所公開，雖然通過相對于TiCN層的晶粒的晶面提供特定的傾斜角度分布從而可靠地改善了耐崩裂性，但是被覆膜本身不能高度地硬化，結果是，當工具用于連續切削等時，耐磨性不足。特別指出的是，耐磨性因以下事實而變得不充分在切削鑄鐵等過程中，工件附著到切削刃上。鑒于上述情況進行本專利技術。本專利技術的一個目的是提供一種表現出顯著改善的耐磨性和耐崩裂性的表面被覆切削工具。解決問題的方案本專利技術的表面被覆切削工具包括基材以及在該基材上形成的被覆膜。該被覆膜包括至少一層TiCN層。該TiCN層具有柱狀結晶區。該柱狀結晶區的組成為TiCxNy (其中0.65 ( x/ (x+y) ( 0. 90)，(422)面的面間距為 0.8765A 至0.8790A，并且 TC(220)在取向指數TC(hkl)中顯示出最大值。在這種情況中，優選的是，該被覆膜包括至少一層氧化鋁層，并且該氧化鋁層由a型氧化鋁形成并且平均厚度為2 y m至15 y m。另外，本專利技術還涉及制造包括基材和在該基材上形成的被覆膜的表面被覆切削工具的方法，其中所述被覆膜包括至少ー層TiCN層。該方法包括形成TiCN層的步驟。該步驟的特征是毎分鐘將體積等于或大于化學氣相沉積裝置的反應室的體積10倍的原料氣供應至所述化學氣相沉積裝置，并將反應溫度設定為820°C至950°C，從而通過化學氣相沉積法形成所述TiCN層。本專利技術的有益效果 如上所述構造本專利技術的表面被覆切削工具，從而實現耐磨性和耐崩裂性得到顯著改善的優異效果。本專利技術的實施方式下文將對本專利技術進行更詳細地說明。〈表面被覆切削工具〉本專利技術的表面被覆切削工具具有包括基材和在該基材上形成的被覆膜的構造。優選的是，該被覆膜覆蓋基材的整個表面。然而，即便基材的一部分沒有被該被覆膜覆蓋、或者被覆膜的構造在局部上是不同的，這種結構仍不脫離本專利技術的范圍。上述的本專利技術表面被覆切削工具可以適當地用作切削工具，如鉆頭、立銑刀、鉆頭用切削刃可替換型割嘴(cutting tip)、立銑刀用切削刃可替換型割嘴、銑削用切削刃可替換型割嘴、車削用切削刃可替換型割嘴、金屬用鋸、齒輪用切削工具、鉸刀和絲錐。< 基材 >作為用于本專利技術表面被覆切削工具的基材，可以使用任何材料，只要該材料傳統上已知是作為上述類型的基材即可。例如，該基材優選為硬質合金(例如，WC基硬質合金或者含有WC和Co的材料或含有WC和Ti、Ta、Nb等的碳氮化物的材料)、金屬陶瓷(主要由TiC、TiN、TiCN等構成)、高速鋼、陶瓷(碳化鈦、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁等)、立方氮化硼燒結體、鉆石燒結體等中的任ー種。在這些多祥的基材中，特別優選的是選擇WC基硬質合金和金屬陶瓷(特別是TiCN基金屬陶瓷)。這是因為這些基材在硬度和強度(尤其在高溫下)之間的平衡方面是優異的，并且具有作為針對上述用途的表面被覆切削工具的基材的優異特性。<被覆膜>本專利技術的被覆膜可以包括其它的層，只要其包括至少ー層TiCN層即可。其它層的實例可以包括氧化鋁層、TiN層、TiBNO層、TiCNO層等。本專利技術的這種被覆膜起到這樣的作用覆蓋基材以實現改善諸如耐磨性和耐崩裂性等若干特性的效果。適宜的是,本專利技術的這種被覆膜具有10 μ m至30 μ m、更優選10 μ m至25 μ m的厚度。當厚度小于IOym時，耐磨性可能不足。當厚度超過30 μ m時，當在斷續加工過程中在被覆膜和基材之間施加相對較強的應カ時，被覆膜可能相當頻繁地發生剝離或破裂。〈TiCN 層〉本專利技術被覆膜中所包含的TiCN層具有柱狀結晶區。該柱狀結晶區的特征在干，其組成為TiCxNy (其中O. 65彡Xバx+y)彡O. 90)，(422)面的面間距(d值)為0.8765A至0.8790A，并且TC(220)在取向指數TC(hkl)中顯示出最大值。如上所述構造本專利技術的TiCN層，從而實現耐磨性和耐崩裂性得以顯著改善的優異效果。據認為這種效果源自以下事實通過增加柱狀結晶區的碳氮化鈦中碳相對于碳與氮總數的原子比，從而改善了針對エ件的抗粘著性和耐磨性，并且還源自以下事實通過對(422)面的面間距進行限定以落入指定的范圍，從而引起晶體內部的應變變化，并且TC(220)在取向指數TC(hkl)中顯示出最大值，從而引起柱狀晶體沿著垂直于基材表面的方向一起生長，這導致被覆膜的均勻磨損；結果，這些協同效果使得在不降低耐剝離性的情況下改善了耐崩裂性。本專利技術人進行的研究顯示了以下結果當不控制(422)面的面間距時，上述數值χ/(χ+y)越大，則被覆膜越容易從基材剝離。該結果表明，提高上述數值χ/(χ+y)，從而提高了硬度并實現了優異的耐磨性，但在斷續切削等時被覆膜容易破裂，導致耐崩裂性差。因而，本專利技術人已經進行了進ー步研究以尋找這樣的條件在仍保持上述數值χパχ+y)高的同吋，耐崩裂性不下降。隨后，本專利技術人發現可以通過控制TiCN的柱狀晶體的晶面來改善與基材的耐剝離性。通過進ー步反復研究，本專利技術人還發現(422)面的面間距被控制在0.8765A 至0.8790A。換句話說，本專利技術的TiCN層中耐磨性和耐崩裂性均明顯得以改善的原因主要在于，通過將數值x/(x+y)設定落在上述范圍內，從而引起耐磨性的改善，并且還在于通過將(422)面的面間距設定落在上述范圍內，從而引起耐崩裂性的改善。另外，TC(220)在取向 指數TC(hkl)中顯示出最大值的事實有助于這些效果的改善。TiCN層是指由碳氮化鈦(TiCN)構成的層。另外，如上文所述，本專利技術的TiCN層的特征在于至少具有柱狀結晶區作為其一部分。具體而言，該TiCN層可以完全僅由柱狀結晶區形成，或者可以通過包括柱狀結晶區和其它結晶區(如粒狀結晶區)而形成。在本專利技術中，柱狀結晶區是指由柱狀晶體構成的區域。這種柱狀晶體在大致垂直于基材表面的方向(即，在被覆膜的厚度方向)上生長。這種柱狀晶體例如具有50nm至500nm的寬度(直徑)和IOOOnm至IOOOOnm的長度。在本專利技術的TiCN層通過包括柱狀結晶區和其它結晶區(如粒狀結晶區)而構成的情況下，優選如此設定柱狀結晶區在TiCN層中的比例，使得相本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：阿儂薩克·帕索斯，岡田吉生，小島周子，金岡秀明，巖井惠里香，森本浩之，
申請(專利權)人：住友電工硬質合金株式會社，
類型：
國別省市：