硬質多層塗層及硬質多層塗層塗敷工具的製作方法

2023-05-11 21:41:16 4

專利名稱：硬質多層塗層及硬質多層塗層塗敷工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及硬質多層塗層，特別涉及在具有優異耐磨損性和韌性 的基礎上同時具有高潤滑性(耐熔敷性)的硬質多層塗層。
背景技術：
提出了用交替層疊有TiAlN層和TiAlN+CrN混合層的硬質多層塗 層來塗敷高速工具鋼和超硬合金等工具基體表面。專利文獻l中記載 的旋轉切削工具是其中一個例子，由於高硬度TiAlN層和含硬度相對 低的CrN的混合層交替層疊， 一方面由於高硬度TiAlN層能得到優異 的耐磨損性，另一方面，由於存在含相對硬度低的CrN的混合層，韌 性變高，抑制了塗層破碎和剝離，顯著提高了工具的耐久性。
專利文獻l:特開2002-275618號公報

發明內容
但是，由於上述TiAlN層的摩擦係數比較大，例如，當切削加工 銅或銅合金等容易熔敷的被加工物時，由摩擦容易產生熔敷，會降低 加工精度等切削性能，同時，在早期發生磨損，不能得到希望的耐久 性能。例如，在圓頭立銑刀(end mill)或鑽頭等旋轉切削工具的旋 轉中心附近和前刀面等容易摩擦接觸的部位容易產生熔敷。
以上述事實為背景，本發明的目的在於，提高以TiAlN為主體構 成的硬質多層塗層的耐熔敷性。
為實現上述目的，第l發明的硬質多層塗層的特徵在於，由(a) 在規定的部件表面交替層疊TiAlN層和TiAlN+CrN混合層的基層，(b ) 設置在所述基層上的TiAlN+CrN混合層構成的中間層，(c )設置在所 述中間層的上面並構成表面的CrN層構成。
第2發明在第l發明的硬質多層塗層中，其特徵在於，前述基層 的厚度在2 nm-8 iam範圍內，前述中間層的厚度在0. 1 jum-5 jum範圍
內，前述CrN層的厚度在0. lnim-5jLim的範圍內，總厚度為10ym以 下。
第3發明的硬質多層塗層的特徵在於，由(a)在規定的部件表面 交替層疊TiAlN層和TiAlN+CrN混合層的基層，(b )設置在所述基層 的上面並構成表面的CrN層構成。
第4發明在第3發明的硬質多層塗層中，其特徵在於，前述基層 的厚度在2 jum-8jum範圍內，前述CrN層的厚度在0. 1 jj m-8 jn m的範 圍內，總厚度為10Mm以下。
第5發明在第l發明-第4發明中任一項的硬質多層塗層中，其特 徵在於，前述基層的最下層和最上層均為TiAlN層。
第6發明在第l發明-第5發明中任一項的硬質多層塗層中，其特 徵在於，其是塗敷在切削工具表面的。
第7發明涉及硬質多層塗層塗敷工具，其特徵在於，用第l發明-第5發明中任一項的硬質多層塗層塗敷表面。
在第1發明-笫6發明的硬質多層塗層中，通過交替層疊TiAlN 層和TiAlN+CrN混合層的基層，能得到優異的耐磨損性和韌性，同時， 由於設置在最上部並構成表面的CrN層的摩擦係數小，提高了潤滑性， 即耐熔敷性。而且，由於CrN層的氧化開始溫度高達約700°C,在高 溫環境下也能穩定地保持優異的塗層特性。
從而，當這種硬質多層塗層用於例如圓頭立銑刀等的旋轉切削工 具時，從硬度低容易熔敷的鐵系或銅合金等非鐵系的被加工物到具有 50HRC硬度的調質鋼等高硬度材料，都能在大範圍內得到優異的切削 性能和耐久性能。具體地說，由於CrN層的存在抑制了前刀面的磨損， 抑制了前角在切削後期向負側變化，切削性能能夠在長期保持良好， 能實現耐久性的提高和被切削麵性質的穩定化。而且，雖然在圓頭立 銑刀等旋轉切削工具前端的旋轉中心附近切削性能變差，被加工物容 易熔敷，但由於CrN層的存在能抑制熔敷，能使切削性能和耐用性保 持良好。而且，由於在高溫環境下也能穩定地得到優異的塗層特性， 因此可以在因摩擦熱形成高溫的高效率加工等的嚴格切削條件下進行
加工。
而且，在第l發明中，由於在基層和CrN層之間設置了由包含CrN 的TiAlN+CrN混合層構成的中間層，能以高附著性層疊CrN層，從而 能進一步抑制該CrN層的破碎和剝離。
在第5發明中，由於基層的最下層和最上層均是TiAlN層，通過 最下層的TiAlN層能得到對於規定的部件(工具基體等)的優異附著 性，同時，通過最上層的TiAlN層能得到優異的耐磨損性。雖然由於 CrN層直接或通過中間層設置在最上層的TiAlN層上面，高硬度的 TiAlN層沒有直接接觸被加工物，但通過TiAlN層抑制了 CrN層的變 形，提高了 CrN層的耐磨損性。
在涉及硬質多層塗層塗敷工具的第7發明中，基本上能得到和第 l發明-第5發明同樣的效果。
附圖簡要說明


圖1示出了作為本發明一實施例的立銑刀，(a)是從與軸心垂直 方向看的正視圖，(b)是放大端面圖，(c)是設置有硬層多層塗層 的刀刃部的表層部分的斷面圖。
圖2是表示圖1所示硬質多層塗層的另一個例子的斷面圖。
圖3是說明適於形成圖1、圖2的硬質多層塗層的電弧離子鍍裝 置的一個例子的結構簡圖。
圖4示出了和TiAlN相比較的按照球盤法(ball on disc)測量 CrN的摩擦係數的結果。
圖5說明了使用塗層結構不同的多個本發明樣品和比較樣品按規 定的加工條件對C1100 (銅)進行切削加工並測量後面磨損量的結果。
圖6說明了使用塗層結構不同的多個本發明樣品和比較樣品按規 定的加工條件對S50C (機械結構用碳鋼)進行切削加工並測量後面磨 損量的結果。
符號說明
10:圓頭立銑刀(硬質多層塗層塗覆工具)
12:工具基體(部件) 20、 28:硬質多層塗層
22:基層22a: TiAlN層
22b:混合層 24:中間層 26: CrN層
優選實施方式
雖然本發明優選適用於塗敷於立銑刀或絲錐、鑽頭等具有切削刃 的旋轉切削工具的表面的硬質多層塗層，但同樣能適用於塗敷在刀具 等非旋轉式切削工具和滾軋工具、各種加工工具、或電子元件等的表 面保護膜等加工工具以外的部件的表面的硬質多層塗層。工具基體等 作為設置有硬質多層塗層的部件，適合使用超硬合金，但也可以是高 速工具鋼等其它金屬材料。
作為本發明的硬質多層塗層的形成方法，適合使用電弧離子鍍法， 但也可以使用濺射法等其它物理氣相沉積法(PVD法)或等離子CVD 法、熱CVD法等化學氣相沉積法(CVD法)。
本發明的硬質多層塗層的整體總厚度超過10jam時，變得容易剝 離，同時，由於在具有切削刃時刀尖變圓、切削性能下降，因此希望 為10jum以下。基層的厚度不足2jam時，由於不能得到足夠的耐磨損 性、耐熱性、韌性等塗層性能和塗層強度，因此希望為2jam以上，在 塗層整體總厚度設為1Qjum以下之後，基層在8 jum以下是合適的。
例如，當基層的TiAIN層厚度在160-2000nm範圍內是合適的， TiAlN+CrN的混合層的厚度在10-lOOOnm範圍內是合適的，通過TiAIN 層保持耐磨損性，同時TiAlN+CrN的混合層能得到防止破碎和剝離的 效果。多個TiAIN層、TiAlN+CrN混合層的各厚度也可以分別是一定 值，但也能使每一層是連續變化的等等，各種方式都可以。TiAIN層 的Ti和Al的混晶比希望在Ti: Al=2: 8-6: 4的範圍內。對於構成基層 和中間層的TiAlN+CrN混合層的TiAIN也是同樣的，但也不一定是與 TiAIN層相同的混晶比。
上述基層至少層疊3層以上TiAIN層和TiAlN+CrN混合層，希望 設為奇數層，以便使最下層和最上層均為TiAlN層。但是，當TiAlN+CrN 混合層的厚度極薄為數十nm時，也可以將最上層設為TiAlN+CrN混合 層，此時，雖然也可以設置重新層疊地同樣由TiAlN+CrN混合層構成
的中間層，但也可以將最上層的混合層作為中間層使用。在第3發明 中，當基層的最上層是TiAlN層時，設想在該TiAlN層上層疊直接的 CrN層，當基層的最上層是TiAlN+CrN混合層時，也可以不重新設置 中間層而直接設置CrN層。
當中間層的厚度不足0. 1 jam時，由於不能充分得到附著性效果， 因此應當為0. 1 jum以上。當最上部的CrN層的厚度不足0. 1 時， 由於不能充分得到潤滑性效果，因此應當為0. lym以上，希望為0.5 ym以上。為了使塗層整體總厚度設為lOjLiin以下，當有中間層時， 其中間層和CrN層的厚度分別為5 u m以下是合適的，當沒有中間層時， CrN層的厚度為8lum以下是合適的。另外，為了得到規定的塗層強度 和塗層性能，在含有厚度2jam以上的基層而沒有中間層時，硬質多層 塗層整體總厚度為2. ljum以上，當具有中間層時，為2. 2pm以上是 合適的，希望為2.5jim以上。
基層的混合層和中間層都可以由TiAlN+CrN混合層構成，從而能 形成完全相同的塗層組成，但通過改變Ti和Al的混晶比、TiAlN和 CrN的混合比例、塗層形成時的電弧電流、偏壓電壓等成膜條件，也 可以主動地改變兩者的組成和性能。
而且，在本發明中，雖然CrN層設置在塗層的最上部，由於第1 發明的中間層含有CrN，即使不設置CrN層而以該中間層作為最上部 的塗層，也能在一定程度上提高潤滑性。
在能得到硬質多層塗層所要求的耐磨損性、韌性、附著性、耐熱 性和耐熔敷性等方面的規定效果的範圍內，換句話說，在不明顯損害 上述性能的範圍內，除不可避免的雜質以外，TiAlN層、TiAlN+CrN 混合層(含中間層)和CrN層也可以含有碳等其它元素。例如，就CrN 而言，除鉻的純氮化物之外，也能使用含C (碳)的碳氮化物CrCN， 就TiAlN而言，除TiAlN的純氮化物以外，也能使用含C(碳)的碳 氮化物TiAlCN。
實施例
以下參照附圖詳細說明本發明實施例。
圖1說明了使用本發明硬質多層塗層塗敷旋轉切削工具的一個例
子的圓頭立銑刀10， (a)是從與軸心垂直的方向看的正視圖，(b) 是從前端側(圖的右側)看的放大端面圖，可在由超硬合金構成的工 具基體12上一體設置有柄和刀刃部14。在刀刃部14上，相對於軸心 對稱地設置有作為切削刃的一對外周刃16和球頭(bal卜nosed end) 刃18，通過繞軸心旋轉驅動，上述外周刃16和球頭刃18進行切削加 工，同時，在該刀刃部14的表面上塗敷著硬質多層塗層20。圖l(a)、 (b)的斜線部表示硬質多層塗層20，圖1 (c)是塗敷有硬質多層塗 層20的刀刃部14的表層部分的剖面圖。圓頭立銑刀IO相當於硬質多 層塗層塗敷工具，工具基體12相當於設置有硬質多層塗層20的規定 部件。
如圖1 (c)明示，硬質多層塗層20包括基層22、中間層24和構 成表面的最上部的CrN層26。硬質多層塗層20的整體總厚度在2. 2 Mm-10jam範圍內。基層22層疊3層以上交替的TiAlN層22a和 TiAlN+CrN混合層22b，該基層22的厚度在2 ju m-8 ju m的範圍內。TiAlN 層22a的平均厚度在160nm-2000nm範圍內，混合層22b的平均厚度在 10nm-1000nm範圍內，以各自 一定的厚度重複進行層疊。混合層22b 是以規定的比例混合TiAlN和CrN，TiAlN層22a和混合層22b的TiAlN 的Ti和Al的混晶比在Ti:Al=2: 8-6:4的範圍內，本實施例中為 Ti:Al=4:6。而且，硬質多層塗層20的最下層和最上層都由TiAlN層 22a構成，TiAlN層22a和混合層22b的總層數是3以上的奇數。
上述TiAlN的硬度(Hv)為2300-3000左右，與此對應，CrN的 硬度(Hv)為1800-2300左右，這樣的CrN和TiAlN的混合層22b比 只由TiAlN的TiAlN層22a硬度低。因此，高硬度的TiAlN層22a和 相對硬度低的混合層22b交替層疊的基層22能由於高硬度的TiAlN 層22a獲得優異的耐磨損性，同時，由於存在低硬度的混合層22b， 韌性變高，不容易產生碎片狀的破碎和剝離。由於TiAlN層22a的平 均厚度在160nm-2000nm範圍內，混合層22b的平均厚度在 10nm-1000nm範圍內，基層22的整體厚度在2 m m-8 m m的範圍內，因
此能保持由TiAlN層22a產生的耐磨損性，同時能充分地得到由混合 層22b產生的防止破碎和剝離的效果。
前述中間層24是混合了 TiAlN和CrN的混合層，在本實施例中， 和前述混合層22b的組成相同。該中間層24連續設置在基層22的上 面，具體地說，在基層22最上層的TiAlN層22a的上面，同時，其厚 度在0. ljum-5jum範圍內。這樣，在CrN層26之前，將TiAlN+CrN 的中間層24設置在基層24的上面，即最上層的TiAlN層22a的上面， 由此，提高了 CrN層26對基層22的附著性。中間層24中的TiAlN 的Ti和Al的混晶比在Ti:Al=2:8-6:4的範圍內，本實施例中為 Ti: Al=4: 6。
而且，前述CrN層26連續設置在中間層24的上面，同時，其厚 度在0. 1 m m-5 ja m範圍內。構成該CrN層26的CrN的摩擦係數比TiAlN 小，通過將CrN層26設置在最上部來構成表面，提高了和被加工物之 間的潤滑性，即耐熔敷性。
利用與JIS的R1613中規定的試驗方法相同的球盤法(ball on disc)測量CrN和TiAlN的摩擦係數，圖4是說明其測量結果的圖， (a)是試驗條件，(b)是試驗結果。(b)的摩擦係數曲線表示初期 的摩擦係數的變化，TiAlN收斂於約0. 5-0. 7的範圍內，CrN收斂於約 0.3左右。而且，圖4(c)是在高溫下(400。C )測量的摩擦係數，TiAlN 為約0. 7，與此對應，CrN為約0.25，和(b)的室溫(25匸)時的結 果大致相同。除溫度為400"C之外，圖4 (c)的其它試驗條件和(a) 相同。
另外，雖然上述硬質多層塗層20具有中間層24，但如圖2的硬 質多層塗層28所示，通過省略中間層24,也可以將CrN層26直接層 疊在基層22上面。此時，和前述硬質多層塗層20相同地形成基層22， 但在沒有中間層24時CrN層26可以變厚，其厚度設定在0. 1 m m-8 n m的範圍內。
而且，雖然前述基層22的TiAlN層22a和混合層22b以及中間層 24中的TiAlN都是不含碳的純氮化物TiAlN，但通過在不損害硬度和
附著性等範圍內引入碳，也可以是碳氮化物HA1CN。對於基層22的 混合層22b、中間層24和CrN層26中的CrN，雖然是鉻的純氮化物， 但通過在不損害潤滑性和耐熱性等範圍內引入碳，可以是碳氮化物 CrCN。
另一方面，圖3是說明形成這種硬質多層塗層20或28時適用的 電弧離子鍍裝置30的結構簡圖(模式圖)，該裝置具有支承著多個工 件，即形成有塗敷硬質多層塗層20， 28前的切削刃16, 18等的工具 基體12的工件支承件32、繞大致垂直的旋轉中心旋轉驅動該工具支 承件32的旋轉裝置34、在工具基體12上施加負偏壓電壓的偏壓電源 36、將工具基體12等容納在內部的作為處理容器的腔室38、向腔室 38內供給規定的反應氣體的反應氣供給裝置40、通過用真空泵等排出 腔室38內的氣體來進行減壓的排氣裝置42、第1電弧電源44、第2 電弧電源46等。'工件支承件32形成為以上述旋轉中心為中心的圓筒 形或多稜柱形，並呈放射狀地支承刀刃部14大致水平地向外側突出的 多個工具基體12。而且，反應氣供給裝置40具有氮氣(N2)罐，通過 將氮氣供給到腔室38內，形成TiAl和Cr的氮化物。另外，在形成它 們的碳氮化物時，也可以設置烴氣體(CH4、 (:2112等)的氣罐，以便和 氮氣一起供給烴氣體。
由形成前述TiAlN層22a和混合層22b的TiAlN的TiAl合金構成 第1蒸發源(靶)48，以該第1蒸發源(靶)48作為陰極，第1電弧 電源44在陰極和陽極50之間流通規定的電弧電流，產生電弧放電， 由此，由第1蒸發源48蒸發TiAl，蒸發的TiAl變成正(+ )金屬離 子，附著在施加了負(-)偏壓電壓的工具基體12上。並且，由形成 前述混合層22b、中間層24和CrN層26的CrN的Cr構成第2蒸發源 (靶)52，以該第2蒸發源(靶)52作為陰極，第2電弧電源46在 陰極和陽極54之間流通規定的電弧電流，產生電弧放電，由此，由第 2蒸發源48蒸發Cr，蒸發的Cr變成正(+ )金屬離子，附著在施加了 負(-)偏壓電壓的工具基體12上。上述笫1蒸發源48和第2蒸發源 52在工件支承件32的兩側，配置在大致水平方向的對稱位置。
而且，當使用這種電弧離子鍍裝置30在工具基體12的刀刃部14 表面形成硬質多層塗層20或28時，首先，邊用排氣裝置42排氣邊從 反應氣供給裝置40供給規定的反應氣體，以使腔室38內保持規定的 壓力(例如，1. 33 x 5 x 10—^a-l. 33 x 40 x 10—卞a左右)，同時，由偏 壓電源36向工具基體12施加規定的偏壓電壓(例如，-50V~-150V 左右)。而且，通過旋轉裝置34以規定的旋轉速度(例如，3min—左 右)使工件支承件32旋轉，與此同時，通過使第1電弧電源44和第 2電弧電源46分別為ON (通電)、OFF (斷電)，形成硬質多層塗層 20或28。
即，在OFF (斷電)第2電弧電源46的狀態，由第1電弧電源44 ON(通電)電弧電流，產生電弧放電，TiAl金屬離子就從第1蒸發源 48釋放出來並與氮氣反應，由此形成TiAlN並附著在工具基體12表 面上。由此，能形成前述TiAlN層22a。根據要形成的TiAlN層22a 的厚度，確定通電時間和電弧電流的電流值。
另外，在0FF (斷電)笫1電弧電源44的狀態，由第2電弧電源 46 ON(通電)電弧電流，產生電弧放電，Cr金屬離子就從第2蒸發 源52釋放出來並與氮氣反應，由此形成CrN並附著在工具基體12表 面上。由此，能形成前述CrN層26。根據要形成的CrN層26的厚度， 確定通電時間和電弧電流的電流值。
而且，在由第1電弧電源44 ON (通電)電弧電流產生電弧放電 的同時，由第2電弧電源46 0N (通電)電弧電流產生電弧放電，則 在TiAl金屬離子從第1蒸發源48釋放出來的同時，Cr金屬離子從第 2蒸發源52釋放出來，並分別與氮氣反應，由此形成TiAlN、 CrN並 附著在工具基體12表面上。由於第1蒸發源48和第2蒸發源52相對 地配置在工件支承件32的相反側，隨著工具支承件32的旋轉驅動， TiAlN和CrN交替地附著在工具基體12的表面上。由此，能形成混合 著TiAlN和CrN的前述混合層22b和中間層24。根據要形成的混合層 22b和中間層24的厚度，確定各電弧電源44， 46的通電時間；根據 要形成的混合層22b和中間層24的厚度和TiAlN和CrN的混合比例等，
確定各電弧電源44， 46的電弧電流的電流值。
這樣，通過切換第1電弧電源44和第2電弧電源46的通電狀態 (0N，0FF)，能連續地形成交替層疊TiAlN層22a和TiAlN+CrN混合 層22b的基層22、由TiAlN+CrN混合層構成的中間層24以及CrN層 26，能將前述硬質多層塗層20和28設置在工具基體12的表面上。通 過包括計算機的控制裝置，能自動地進行包含第1電弧電源44和第2 電弧電源46通電狀態(ON，OFF)切換的硬質多層塗層20、 28的形成 作業。
此處，本實施例的硬質多層塗層20、 28通過交替層疊TiAlN層 22a和TiAlN+CrN混合層的基層22能得到優異的耐磨損性和韌性，同 時，由於設置在最上層形成表面的CrN層26的摩擦係數小，提高了潤 滑性，即耐熔敷性。而且，由於CrN層26的氧化開始溫度高達700°C， 在高溫環境也能穩定地保持優異的塗層特性。
從而，按照用這種硬質多層塗層20或28塗敷的圓頭立銑刀10， 從硬度低容易熔敷的鐵系或銅合金等非鐵系的被加工物到具有5 0HRC 硬度的調質鋼等高硬度材料，都能在大範圍內得到優異的切削性能和 耐用性能。具體地說，由於CrN層26的存在抑制了前刀面的磨損，抑 制了前角在切削後期向負側變化，切削性能能夠在長期保持良好，能 實現耐久性的提高和被切削麵性質的穩定化。而且，雖然在圓頭立銑 刀IO前端的旋轉中心附近球頭刃18的切削性能變差，被加工物容易 熔敷，但由於CrN層26的存在能抑制熔敷，能使切削性能和耐用性保 持良好。另一方面，由於在高溫環境下也能穩定地得到優異的塗層特 性，可以在因摩擦熱形成高溫的高效率加工的嚴格切削條件下進行加 工。
而且，在本實施例中，由於基層22的最下層和最上層均是TiAlN 層22a,由最下層的TiAlN層22a能得到相對於工具基體12的優異的 附著性，同時，由最上層的TiAlN層22a能得到優異的耐磨損性。雖 然由於CrN層26直接或通過中間層24設置在最上層的TiAlN層22a 上面，高硬度的TiAlN層22a沒有直接接觸被加工物，但由於TiAlN
層22a抑制了 CrN層26的變形，提高了 CrN層26的耐磨損性。
而且，當為圖1的硬質多層塗層20時，由於在基層22和CrN層 26之間i殳置了由包含CrN的TiAlN+CrN混合層構成的中間層24,對於 TiAlN層22a位於最上層的基層22，能以高附著性層疊CrN層26，能 進一步抑制該CrN層26的破碎和剝離。
並且，由於本實施例的硬質多層塗層20， 28的整體總厚度為10 jam以下，能抑制其相對於工具基體12的剝離從而得到優異的附著性， 同時，能防止外周刃16和球頭刃18的刀尖變圓從而切削性能降低。 另一方面，由於總厚度為2.2pm以上，能得到規定的塗層強度和塗層 性能。即，由於基層22的厚度為2jum以上，能充分得到耐磨損性、 耐熱性、韌性等基層22所要求的塗層性能和塗層強度，同時，由於中 間層24和CrN層26的厚度分別為0. 1 |am以上，能充分得到附著性和 潤滑性等塗層性能。
順便提及，在圖5中，準備在前述球頭刃18半徑R為1. 5mm的圓 頭立銑刀IO上塗敷有(b)中示出的各種塗層的工件，以(a)中示出 的加工條件對C1100 ( JIS:銅)進行400m切削加工，之後，測量VB 磨損量(刀具後面磨損量)，測量結果示於圖中，由圖中可見，本發 明樣品的VB磨損量為0. 035 ym-0. 049 pm，與比較樣品相比提高了耐 磨損性，且對於象銅這樣的容易熔敷的被加工物也能得到優異的耐久 性。例如，由於僅由多層結構的基層22構成的比較樣品(現有樣品) 的VB磨損量為0.093 Mm，與其相比，本發明樣品的耐久性為比較樣 品的大約2倍以上。另外，交替層疊TiAlN層22a和TiAlN+CrN混合 層22b形成的多層結構的基層22在本發明樣品中和比較樣品中其最上 層和最下層均為TiAlN層22a。
在圖6中，準備在前述球頭刃18半徑R為3mm的圓頭立銑刀10 上塗敷有(b)中示出的各種塗層的工件，以(a)中示出的加工條件 對S50C (nS:機械結構用碳鋼)進行56m切削加工，之後，測量VB 磨損量(刀具後面磨損量)，測量結果示於圖中，由圖中可見，本發 明樣品的VB磨損量為0. 063 |im-0.078 pm，與比較樣品相比提高了耐 磨損性，且對於象碳鋼這樣的高硬度的被加工物也能得到優異的耐久
性。例如，由於僅由多層結構的基層22構成的比較樣品(現有樣品) 的VB磨損量為G. 091jLim，本發明樣品的耐久性比比較樣品提高了 10% 以上。另外，交替層疊TiAlN層22a和TiAlN+CrN混合層22b形成的 多層結構的基層22在本發明樣品中和比較樣品中其最上層和最下層 均為TiAlN層22a。
以上根據附圖詳細說明了本發明的實施例，但這些始終是一 實施 方式，根據技術人員的知識，可以進行各種變化、改進來實施本發明。
由於本發明的硬質多層塗層具有耐磨損性和耐熔敷性，通過將其 設置在旋轉切削工具等工具基體的表面，從硬度低且容易熔敷的銅合 金等到調質鋼等高硬度材料都能在大範圍內得到優異的切削性能和耐 久性能。從而，能適於用作塗敷在圓頭立銑刀等切削工具表面的硬質 塗層，也能用於電子元件保護膜等塗敷在加工工具以外的部件上的塗 層。
權利要求
1.一種硬質多層塗層，其特徵在於，由基層、中間層和CrN層構成，所述基層為在規定的部件表面交替層疊TiAlN層和TiAlN+CrN混合層，所述中間層由設置在所述基層上的TiAlN+CrN混合層構成，所述CrN層設置在所述中間層的上面並構成表面。
2. 根據權利要求1記載的硬質多層塗層，其特徵在於，前述基層 的厚度在2 jnm-8 jum範圍內，前述中間層的厚度在0. 1 u m-5 m m範圍 內，前述CrN層的厚度在0.1jum-5jum的範圍內，總厚度為10jam以 下。
3. —種硬質多層塗層，其特徵在於，由基層和CrN層構成，所述 基層為在規定的部件表面交替層疊TiAlN層和TiAlN+CrN混合層，所 述CrN層設置在所述基層的上面並構成表面。
4. 根據權利要求1記載的硬質多層塗層，其特徵在於，前述基層 的厚度在2 jam-8 jam範圍內，前述CrN層的厚度在0. 1 ja m-8 ju m的範 圍內，總厚度為10nm以下。
5. 根據權利要求1-4中任一項記載的硬質多層塗層，其特徵在於， 前述基層的最下層和最上層均為TiAlN層。
6. 根據權利要求1-5中任一項記載的硬質多層塗層，其特徵在於， 其塗敷在切削工具表面。
7. —種硬質多層塗層塗敷工具，其特徵在於，用權利要求l-5 中任一項記載的硬質多層塗層塗敷表面。
全文摘要
如圖1所示，通過交替層疊TiAlN層22a和TiAlN+CrN混合層22b的基層22，能得到優異的耐磨損性和韌性，同時，由於藉助於由TiAlN+CrN混合層構成的中間層24而設置在最上部並構成表面的CrN層26的摩擦係數小，提高了潤滑性，即耐熔敷性。而且，由於CrN層26的氧化開始溫度高達約700℃，在高溫環境下也能穩定地保持優異的塗層特性。從而，按照用這種硬質多層塗層20塗敷的圓頭立銑刀10，從硬度低容易熔敷的鐵系或銅合金等非鐵系的被加工物到具有50HRC硬度的調質鋼等高硬度材料，都能在大範圍內得到優異的切削性能和耐久性能。
文檔編號B32B27/14GK101102890SQ200580024898
公開日2008年1月9日 申請日期2005年9月1日 優先權日2005年9月1日
發明者戶井原孝臣, 羽生博之 申請人:Osg株式會社