立方晶氮化硼基超高壓燒結材料制表面包覆切削工具的製作方法

2023-06-19 23:25:56

立方晶氮化硼基超高壓燒結材料制表面包覆切削工具的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種耐龜裂性優異的立方晶氮化硼基超高壓燒結材料制表面包覆切削工具。本發明的表面包覆切削工具，其包覆有由（Ti1-XAlX）N（其中，以原子比計0.30≤X≤0.75）構成的硬質包覆層，其中，前刀面及刃口修磨麵的表面區域由Ti和Al的複合氮化物晶粒構成，Ti和Al的複合氮化物晶粒中與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08～0.5μm，且與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為1～6的晶粒佔90%以上的個數比例，另一方面，上述表面區域下部的硬質包覆層及後刀面的硬質包覆層由柱狀晶的Ti和Al的複合氮化物晶粒構成。並且，關於基於XRD的衍射強度I（200）、I（111），優選前刀面為3＜I（200）/I（111）＜5，且後刀面為I（200）/I（111）＜3。
【專利說明】立方晶氮化硼基超高壓燒結材料制表面包覆切削工具
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種立方晶氮化硼(以下，稱為cBN)基超高壓燒結材料制表面包覆切削工具(以下，稱為cBN包覆工具)，該切削工具的硬質包覆層在碳鋼、合金鋼等的切削加工中具備優異的耐龜裂性，且在長期使用中發揮優異的切削性能。
【背景技術】
[0002]通常，cBN包覆工具中已知有如下工具:在各種鋼和鑄鐵等工件的車削加工中裝卸自如地安裝在車刀前端部而使用的可轉位刀片；及裝卸自如地安裝所述可轉位刀片而與使用於端面切削加工或槽加工以及臺肩加工等的實心式立銑刀相同地進行切削加工的可轉位立銑刀等。
[0003]並且，作為cBN包覆工具，已知有在由各種立方晶氮化硼基超高壓燒結材料(以下，稱為cBN基燒結材料)構成的工具主體的表面蒸鍍形成TiN層、Ti和Al的複合氮化物((Ti，Al)N)層等表面包覆層而成的cBN包覆工具，還已知這些工具用於例如各種鋼和鑄鐵等的切削加工。
[0004]並且，在cBN包覆工具中，為了實現耐缺損性等切削性能的改善提出有各種建議。
[0005]例如，專利文獻I中，以提供一種高溫時抗氧化性優異，並且韌性優異且具有不產生被膜的層間剝離的被膜的表面包覆切削工具為目的，提出有如下建議，即在工具基體表面包括通過CVD法形成的第I被膜和通過PVD法形成的第2被膜，且通過在第I被膜實施使用金屬陶瓷顆粒的噴砂處理(例如，壓力:0.01~0.5MPa、投射距離:0.5~200mm、細粉濃度:5~40vol%、粒徑:10~250 μ m)來賦予壓縮殘餘應力σ 1，且對第2被膜賦予具有σ I < σ 2的關係的壓縮殘餘應力σ 2。
[0006]例如，在專利文獻2中，為了對cBN包覆工具賦予優異的耐崩刀性，提出有如下建議，即對工具基體進行氧化鋁顆粒的噴砂處理(例如，壓力:0.06~0.12MPa、噴射時間:
12~60seC)而將cBN包覆工具的工具基體與硬質包覆層的界面的工具基體及硬質包覆層的殘餘應力值分別設為_2GPa以下的殘餘應力，並且將兩者的殘餘應力之差設為0.5GPa以下，另外，硬質包覆層中的殘餘應力的值形成朝向硬質包覆層的表面以絕對值逐漸變小的殘餘應力分布。
[0007]例如，專利文獻3中，為了提高cBN包覆工具的硬質包覆層在高硬度剛的高速切削加工中的耐剝離性，提出有如下建議，即將cBN含量為50~85容量％的cBN基燒結材料作為工具基體，包覆形成由下部層與上部層構成的硬質包覆層，且下部層設為滿足組成式:(Ti1^xAlx)N (X以原子比計為0.30~0.60)的Ti和Al的複合氮化物層，另一方面，上部層由滿足組成式:(Ti1^xAlx)N的薄層A和Ti氮化物(TiN)層構成的薄層B的交替層疊結構構成，並且，通過對皮膜表面實施噴砂處理(例如，壓力:0.1~0.15MPa、噴射時間:2~5sec、重複次數:5~10次、入射角:相對於前刀面40~50°、氧化鋁顆粒粒徑:220~1500號、漿料濃度:15~60wt%)而將表面粗糙度、殘餘應力及納米壓痕硬度設為預定的值。
[0008]另外，例如，專利 文獻4中，為了維持在基材表面粘附形成TiAlN硬質皮膜的表面包覆切削工具的耐缺損性，並且提高耐磨損性，提出有在表面包覆切削工具的切削刃粘附形成如下TiAlN硬質皮膜的建議，即在X射線衍射圖案中歸屬於(200)面的峰值的峰值強度I (200)與歸屬於(111)面的峰值的峰值強度I (111)的比I (200)/1 (111) <2.0，並且，歸屬於所述(111)面的峰值的半峰寬B (111)為0.4°?0.6°。
[0009]專利文獻1:日本專利公開2006-192544號公報
[0010]專利文獻2:日本專利公開2011-83865號公報
[0011]專利文獻3:日本專利公開2012-96304號公報
[0012]專利文獻4:日本專利公開2006-281363號公報
[0013]近年來切削加工裝置的高性能化顯著，另一方面，對切削加工的節省勞力化及節能化以及低成本化的要求強烈，相應地，將在更加嚴格的切削條件下進行切削加工。
[0014]上述以往的包覆工具中，能夠實現一定程度的耐崩刀性、耐缺損性及耐磨損性的改善，但現狀是當將此使用於碳鋼、合金鋼等更加嚴格的切削加工中時，容易因龜裂的產生而產生崩刀、缺損，以此為因在比較短的時間內達到使用壽命。

【發明內容】

[0015]因此，本發明人等為了提供在碳鋼、合金鋼等的切削加工中，耐龜裂性優異，能夠減少崩刀、缺損等異常損傷的發生，其結果在長期使用中發揮優異的切削性能的包覆工具，進行深入研究的結果，得到了以下見解。
[0016]如上述專利文獻I?4所示，提出有在以往的cBN包覆工具中，對硬質包覆層賦予壓縮殘餘應力，並通過對硬質包覆層的取向性進行特定等來提高耐崩刀性、耐缺損性，本發明人對硬質包覆層的晶粒組織和耐龜裂性的關聯性進行研究的結果，發現在蒸鍍形成由Ti和Al的複合氮化物(以下，以TiAlN表示)層構成的硬質包覆層的cBN包覆工具中，對於形成於其前刀面及刃口修磨麵的表面區域的硬質包覆層的TiAlN晶粒，將在與基體表面平行的方向上橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒以佔表面區域的總晶粒數的90%以上的個數比例的方式形成時，如在圖1中的概要示意圖所示，表面區域中的TiAlN晶粒的晶界向與基體表面平行的方向形成，因此在進行切削加工時，即使在前刀面及刃口修磨麵的硬質包覆層上產生龜裂，所產生的龜裂向層內(層厚方向)的擴展得到抑制且耐龜裂性提高，因此硬質包覆層得以發揮優異的耐崩刀性、耐缺損性。
[0017]另外，發現通過X射線衍射測定自(200)面的衍射強度I (200)和自(111)面的衍射強度I (111)時，前刀面的TiAlN晶粒滿足3 < I (200)/1 (111) < 5，另一方面，後刀面的TiAlN晶粒滿足I (200)/1 (111) < 3的方式形成TiAlN層，由此得以具備適當的硬度，因此該發明的cBN包覆工具得以發揮優異的耐龜裂性的同時，發揮優異的耐磨損性。
[0018]該本發明是基於上述見解而完成的，其具有如下特徵:
[0019](I)一種表面包覆切削工具，其在由立方晶氮化硼的含量為50?85容量％的立方晶氮化硼基超高壓燒結材料構成的工具基體的表面蒸鍍形成平均層厚為2?6 μ m的由Ti和Al的複合氮化物層構成的硬質包覆層，其中，
[0020](a)將上述硬質包覆層以組成式=(IVxAlx) N表示時，X的值為0.30?0.75 (其中，以原子比計)，
[0021](b)上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨麵中，在其表面區域形成的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒中，與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08?0.5μπι，且與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒佔上述表面區域的總晶粒數的90%以上的個數比例，
[0022](c)上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨麵的表面區域的下部的硬質包覆層及後刀面的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒由柱狀晶構成。
[0023](2)上述(I)所述的表面包覆切削工具，其中，
[0024]關於上述表面包覆切削工具的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒，通過X射線衍射測定衍射圖案，並求出自(200)面的衍射強度I (200)和自(111)面的衍射強度I (111)的比值時，前刀面的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒滿足3 < I (200)/I (111)< 5，另一方面，後刀面的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒滿足I (200)/I (111) < 3。
[0025]接著，對該發明的包覆工具進行詳細說明。
[0026]cBN (立方晶氮化硼):
[0027]cBN包覆工具的工具基體中含有的cBN極為硬，且在燒結材料中形成分散相，並且通過該分散相能夠實現耐磨損性的提高，但該配合比例少於50容量％時無法確保所希望的優異的耐磨損性，另一方面，其配合比例變多而超過85容量％時，cBN基材料本身的燒結性降低，其結果變得容易在切削刃產生崩刀，因此cBN含量規定為50?85容量％。
[0028]硬質包覆層(TiAlN層):
[0029]由TiAlN層構成的硬質包覆層中的Ti成分有助於維持高溫強度、Al成分有助於高溫硬度與耐熱性的提高，因此構成硬質包覆層的TiAlN層為具備預定的高溫強度、高溫硬度及耐熱性的層，基本擔負確保切削加工時的切削刃部的耐磨損性的作用。其中，將TiAlN層的組成以組成式:(TigAlx) N表示時，若Al的含量比X超過75原子％，則Ti含量比相對減少而高溫強度下降且變得易產生崩刀，另一方面，若Al的含量比X小於30原子％，則高溫硬度和耐熱性下降，其結果可以觀察到耐磨損性下降，因此將Al的含量比X值規定為0.30 ?0.75。
[0030]並且，TiAlN層的平均層厚小於2μπι時，無法對硬質包覆層長期賦予本身所具有的耐熱性、高溫硬度及高溫強度而成為工具壽命縮短的原因，另一方面，若其平均層厚超過
6μ m，則會容易產生崩刀，因此將其平均層厚規定為2?6 μ m。
[0031]前刀面及刃口修磨麵的(Ti，A1)N層:
[0032]在本發明的cBN包覆工具的前刀面及刃口修磨麵，形成於其表面區域的硬質包覆層的TiAlN晶粒中，與基體表面平行的方向的晶粒粒徑為0.08?0.5 μ m,並且，與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒佔上述表面區域的總晶粒數的90%以上的個數比例，另一方面，表面區域下部的硬質包覆層的TiAlN晶粒由柱狀晶構成。
[0033]本發明中所述的「表面區域」是指從硬質包覆層的最表面向深度方向到0.5μπι為止的深度區域。
[0034]形成於前刀面及刃口修磨麵的表面區域的硬質包覆層中，當存在與基體表面平行的方向的晶粒粒徑小於0.08 μ m的TiAlN晶粒時，與工具基體表面垂直的方向的晶界存在較多，因此不僅產生龜裂的起點變多，而且產生的龜裂在進行切削時擴展，因此耐崩刀性下降。[0035]另一方面，形成於前刀面及刃口修磨麵的表面區域的硬質包覆層中，當存在與基體表面平行的方向的晶粒粒徑超過0.5 μ m的TiAlN晶粒時，殘餘應力過大而導致耐崩刀性下降。
[0036]並且，形成於前刀面及刃口修磨麵的表面區域的硬質包覆層中，存在與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比小於I (這意味著向與工具基體表面垂直的方向縱向生長的縱長的縱橫尺寸比超過I的TiAlN晶粒)的TiAlN晶粒時，在前刀面及刃口修磨麵的硬質包覆層產生龜裂時，由於抑制向層內(層厚方向)擴展的效果較弱而導致耐崩刀性下降。並且，存在與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比超過6的TiAlN晶粒時，對切削初期的耐龜裂性有效，但縱橫尺寸比超過6的晶粒容易因磨損而消失，且由於表面區域消失而導致耐龜裂性下降。
[0037]另外，形成於前刀面及刃口修磨麵的表面區域的硬質包覆層中，與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08?0.5 μ m,並且，與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的TiAlN晶粒在表面區域的總晶粒中所佔的個數比例低於90%時，抑制產生龜裂時向層內(層厚方向)的擴展的效果較弱，以及加上由於表面區域過薄從而因切削進行後的磨損而消失後的耐龜裂性較弱的效果，造成耐崩刀性下降。
[0038]因此，本發明中，cBN包覆工具的前刀面及刃口修磨麵中，形成於其表面區域的TiAlN晶粒規定為與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08?0.5 μ m,並且，與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒佔上述表面區域的總結晶粒數的90%以上的個數比例。
[0039]前刀面及刃口修磨麵的表面區域以外的(Ti，Al) N層、後刀面的(Ti，Al) N層:
[0040]關於前刀面及刃口修磨麵的表面區域的硬質包覆層(TiAlN層)如上述，但關於前刀面及刃口修磨麵的表面區域以外的部位的硬質包覆層(TiAlN層)需由柱狀晶構成的TiAlN晶粒構成。
[0041]這是因為，如圖1的示意圖所示,將前刀面及刃口修磨麵的表面區域以外的部位的硬質包覆層形成為與前刀面及刃口修磨麵的表面區域相同的結晶組織時，在切削過程中，例如關於後刀面，由於工件的切屑向與工具基體平行的方向流出，因此硬質包覆層的表面區域的晶界的方向與碰撞的方向成為同一方向，因此變得容易產生沿晶界的龜裂，緩解耐衝擊性的效果減少，無法起到提高耐龜裂性的作用，變得容易產生崩刀。
[0042]並且，之所以以柱狀晶的TiAlN晶粒構成前刀面及刃口修磨麵的表面區域下部的硬質包覆層，是基於防止因硬質包覆層的硬度變得過高，且殘餘應力的增加而耐崩刀性下降的原因。
[0043]其中，「柱狀晶」意味著與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08?1.0 μ m，且向與基體表面垂直的方向縱向生長的縱長的縱橫尺寸比超過I的TiAlN晶粒。另外，關於柱狀晶內的結晶粒徑，向與工具基體表面平行的方向畫出直線時，將在晶粒截面中最長直徑定義為粒徑。縱橫尺寸比是通過向垂直於工具基體表面的方向畫出直線時，將長邊設為分子，短邊設為分母來計算在晶粒截面最長直徑(長邊)和與其垂直的最短的直徑(短邊)的長度的比。
[0044]I (200) /I (111)之比:
[0045]本發明的cBN包覆工具中，關於前刀面及後刀面的TiAlN晶粒，通過X射線衍射測定衍射圖案，並求出自(200 )面的衍射強度I (200 )和自(111)面的衍射強度I (111)的比值時，滿足3 < I (200)/1 (111) <5的關係。
[0046]並且，對上述I (200)/1 (111)的值與工具性能的關係進行調查的結果，發現具有如下述的關係。
[0047]即，關於通過X射線衍射求出的衍射強度1(200)和自(111)面的衍射強度1(111)，前刀面的 I (200)與 I (111)的比值 I (200)/1 (111)滿足 3 < I (200)/1 (111) <5，另一方面，後刀面的I (200)/1 (111)的值為I (200)/1 (111) < 3時，發揮優異的耐龜裂性、耐缺損性及耐磨損性，但若前刀面的I (200)/1 (111)的值為小於等於3，則由於硬質包覆層的硬度變得過高而耐缺損性下降，另一方面，若I (200)/1 (111)的值為大於等於5，則由於硬質包覆層的硬度下降而導致耐磨損性劣化。
[0048]因此，前刀面的I (200)/1 (111)的值需設為 3 < I (200)/1 (111) <5。
[0049]並且，關於後刀面的硬質包覆層的TiAlN晶粒,若I (200)/1 (111)的值大於等於3，則低於後刀面所要求的硬度，後刀面磨損性下降，因此需設為I (200)/1 (111) <3。
[0050]硬質包覆層((Ti ,Al) N層)的形成法:
[0051]本發明的cBN包覆工具，例如能夠通過以下的方法製作。
[0052](a)首先，由配合了預定量的cBN顆粒的原料粉末製作壓坯，且將該壓坯形成預燒結體，進行超高壓燒結，並釺焊於WC基硬質合金制刀片主體，對切削刃部實施刃口修磨加工並製作工具基體。
[0053](b)接著，將上述工具基體清洗後，裝入電弧離子鍍裝置，通過氬離子進行轟擊清洗，並在氮氣反應氣氛中施加-50V以下的直流偏壓，使在T1-Al合金與陽極電極之間產生電弧放電而蒸鍍形成預定平均層厚且預定組成(以組成式=(TigAlx)N表示時，以原子比計為 0.30 ≤ X ≤ 0.75)的 TiAlN 層。
[0054](c)接著，對將上述TiAlN層蒸鍍形成於其表面的工具基體，例如將粒徑40 μ m的CtAl2O3顆粒，以噴砂壓力:0.1~0.15MPa、噴砂時間:5~20sec、入射角:相對於前刀面以45°進行照射的條件進行噴砂處理，之後，僅對後刀面進行研磨處理(例如，通過研磨機將5000號磨刀石以280rpmX IOsec進行研磨),去除約0.5 μ m的深度的後刀面的硬質包覆層的表面。
[0055]上述示出的本發明的cBN包覆工具的製作方法的工序(b)中，若施加的偏壓超過-50V，則蒸鍍形成的硬質包覆層變成由粒狀結晶的TiAlN晶粒構成，硬度、殘餘應力一同變大，因此可觀察到耐崩刀性下降的傾向，因此優選偏壓在-50V以下。
[0056]上述示出的本發明的cBN包覆工具的製作方法的工序(C)中，若噴射壓力低於0.1MPa，則前刀面及刃口修磨麵的表面區域中，由於噴丸效應而在晶粒內導入多個位錯，由此形成較多晶界，因此導致與基體表面平行的方向的結晶粒徑小於0.08 μ m的微細TiAlN晶粒超過表面區域的總晶粒數的10%，存在較多與工具基體表面垂直的方向的晶界，且產生龜裂的起點變多的同時，產生的龜裂的擴展變得容易，因此耐龜裂性下降。並且，實施了這種噴砂處理時，或未實施噴砂處理時，前刀面的I (200)/1 (111)的值變成小於等於3，硬質包覆層的硬度變得過高而耐缺損性下降。
[0057]另一方面，上述示出的本發明的cBN包覆工具的製作方法的工序(C)中，將噴射壓力設為大於0.15MPa時，在前刀面及刃口修磨麵的表面區域，由於噴丸效應而在晶粒內導入多個位錯，但在噴砂處理剛剛結束之後引起再結晶，與基體表面平行的方向的結晶粒徑超過0.5 μ m，並且，與工具基體平行的方向的橫長的縱橫尺寸比小於I的TiAlN晶粒(這意味著與工具基體表面垂直的方向上縱向生長的縱長的縱橫尺寸比超過I的TiAlN晶粒)變成超過表面區域的總晶粒數的10%，因此表面區域的硬度、殘餘應力變大且耐崩刀性下降。
[0058]並且，實施這種噴射處理時，由於表面區域的晶粒形狀發生變化而取向性發生變化，前刀面的I (200)/1 (111)的值變成大於等於5，因硬質包覆層的硬度降低而耐磨損性劣化。
[0059]因此，噴射壓力、噴射時間優選分別設為0.1?0.15MPa、5?20sec。
[0060]上述示出的本發明的cBN包覆工具的製作方法的工序(C)中，不對後刀面進行研磨處理，且不進行去除約0.5μπι的深度的硬質包覆層的表面的操作時，在後刀面形成與前刀面或刃口修磨麵的表面區域相同的TiAlN晶粒。此時，在進行切削加工時，工件的切屑向與工具基體平行的方向流出，因此在後刀面產生龜裂時，龜裂容易沿晶界擴展，無法起到提高耐龜裂性的作用而容易產生崩刀。
[0061]並且，後刀面的硬質包覆層的I (200)/1 (111)的值也變成大於等於3，因此對後刀面所要求的硬度不充分，後刀面耐磨損性劣化。
[0062]該發明的cBN包覆工具的由TiAlN層構成的硬質包覆層，在其前刀面及刃口修磨麵的表面區域，與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08?0.5 μ m,並且，與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的TiAlN晶粒佔上述表面區域的總晶粒數的90%以上的個數比例，另一方面，前刀面及刃口修磨麵的表面區域下部及後刀面的硬質包覆層由柱狀晶構成，另外，前刀面的TiAlN晶粒滿足3 < I (200)/1 (111 )< 5，另一方面，後刀面的TiAlN晶粒滿足I (200)/1 (111)< 3，因此該發明的cBN包覆工具的耐龜裂性優異，且不產生崩刀、缺損而經長期使用發揮優異的耐磨損性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]圖1表示本發明的cBN包覆工具的由TiAlN層構成的硬質包覆層的結晶組織的概要縱截面示意圖。
[0064]圖2表示用於在由cBN基燒結材料構成的工具基體蒸鍍由TiAlN層構成的硬質包覆層的電弧離子鍍裝置的概要示意圖，Ca)表示俯視圖，(b)表示側視圖。
[0065]圖3表示切削加工試驗後的cBN包覆工具的切削刃部(後刀面與刃口修磨麵的稜線部)的掃描型電子顯微鏡照片，Ca)表示比較例的cBN包覆工具，(b)表示本發明的cBN包覆工具。
【具體實施方式】
[0066]接著，通過實施例對該發明的包覆工具進行具體說明。
[0067][實施例]
[0068]作為原料粉末，準備均具有0.5?4μ m範圍內的平均粒徑的cBN粉末、氮化鈦(TiN)粉末、Al粉末及TiAl3粉末,將這些原料粉末配合成表I所示的配合組成,用球磨機溼式混合80小時，乾燥之後以120MPa的壓力下衝壓成型為具有直徑:50mmX厚度:1.5mm尺寸的壓坯，接著，在壓力:IPa的真空氣氛中，將該壓坯以900?1300°C範圍內的預定溫度在保持60分鐘的條件下進行燒結而作為切削刃片用預燒結體，且將該預燒結體與另行準備的具有Co:8質量％、WC:殘餘的組成，以及直徑:50mmX厚度:2mm尺寸的WC基硬質合金制支承片重疊的狀態下，裝入通常的超高壓燒結裝置中，以壓力:5GPa、溫度:1200?1400°C範圍內的預定溫度中保持時間:0.8小時的通常條件下進行超高壓燒結，燒結後使用金剛石砂輪研磨上下表面，用電線放電加工裝置分割成一邊為3mm的正三角形狀，另外，將使用具有以質量％計Cu:26%,T1:5%、Ni:2.5%、Ag:剩餘部分構成的組成的Ag合金的釺料，在具有Co:5質量％、TaC:5質量％、WC:剩餘部分的組成及CNGA120412的形狀(厚度:4.76mmX一邊長度:12.7mm的正三角形)的WC基硬質合金制刀片主體的釺焊部(刀尖部)進行釺焊，外周加工成預定尺寸之後，在切削刃部實施寬:0.13mm、角度:25°的刃口修磨加工，並實施精加工研磨，由此分別製造出具有CNGA120412的刀片形狀的工具基體A?M。
[0069](a)將上述工具基體A?M分別在丙酮中進行超聲波清洗，在乾燥的狀態下，在圖2所示的電弧離子鍍裝置內的從旋轉臺上的中心軸向半徑方向離預定距離的位置上沿外周部進行安裝，且將具有與表2所示的目標組成對應的成分組成的由T1-Al合金構成的陰極電極，夾著所述旋轉臺對置配置。
[0070](b)接著，對裝置內進行排氣而保持為0.1Pa以下的真空，並且用加熱器將裝置內加熱至500°C，之後導入Ar氣體來設為0.7Pa的氣氛，並且對邊在所述臺上自轉邊旋轉的工具基體施加-200V的直流偏壓，進而通過氬離子轟擊清洗工具基體表面。
[0071](c)接著，向裝置內導入氮氣作為反應氣體而設為3Pa的反應氣氛，並且對邊在所述旋轉臺上自轉邊旋轉的工具基體施加-50V的直流偏壓，並使100A電流流過所述T1-Al合金與陽極電極之間而產生電弧放電，進而在所述工具基體的表面蒸鍍形成表2所示的目標組成及目標層厚的TiAlN層作為硬質包覆層。
[0072](d)接著，以表3所示的噴砂條件對上述cBN包覆工具實施噴砂處理。
[0073](e)接著，關於實施上述噴砂處理的cBN包覆工具，對其後刀面以表3所示的研磨條件實施研磨處理。
[0074]通過上述(a)?(e)的工序分別製造了本發明cBN包覆工具I?14。
[0075]比較例:
[0076]以比較為目的，變更上述實施例1中的(d)的噴砂處理條件、(e)的研磨處理條件，並以表3所示的本發明外的條件進行噴砂處理、研磨處理(或不進行)，其他以與實施例1相同的條件，分別製造作為比較例的比較例cBN包覆工具I?13。
[0077]將上述本發明cBN包覆工具I?14、比較例cBN包覆工具I?13的TiAlN層，通過電子射線顯微分析儀(EPMA)測定硬質包覆層的組成的結果，分別顯示出基本上與目標組成相同的組成，並且，使用掃描型電子顯微鏡對其平均層厚進行截面測定的結果，均顯示出與目標層厚基本相同的平均值(5處的平均值)。
[0078]在表2中示出其結果。
[0079]並且，關於通過上述製作的本發明cBN包覆工具I?14，通過掃描型電子顯微鏡觀察硬質包覆層的縱截面。
[0080]並且，將從前刀面及刃口修磨麵的最表面向深度方向到0.5μπι為止的深度區域作為表面區域，在該表面區域，在前刀面上從前刀面及刃口修磨麵稜線部向前刀面側50 μ m的位置、在刃口修磨麵上在與前刀面的稜線部及與後刀面的稜線部的中央的位置上，寬度IOμ m的範圍內分別存在的總晶粒作為對象，求出與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08?0.5 μ m、且與基體表面平行的方向的橫長縱橫尺寸比為I?6的TiAlN晶粒所佔的個數比例。
[0081]並且，對於前刀面及刃口修磨麵的表面區域下部的硬質包覆層及後刀面的硬質包覆層，觀察其結晶形態。
[0082]在表4中示出其結果。
[0083]另外，前刀面及後刀面的表面區域中與基體表面平行的結晶粒徑的測定法、與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比的測定法具體如下。
[0084]對工具基體的前刀面及刃口修磨麵的截面進行研磨加工之後，通過SEM圖像對其截面進行觀察。作為測定條件，使用觀察倍率:10000倍、加速電壓:3kV的條件。在形成硬質包覆層表面的晶粒中，與工具基體表面平行地畫出直線，將結晶截面中最長直徑定義為粒徑。測定了在前刀面上從前刀面及刃口修磨麵稜線部向前刀面側50 μ m的位置，在刃口修磨麵上與前刀面的稜線部及與後面的稜線部的中央的位置上寬度10 μ m的範圍內分別存在的總結晶的粒徑。
[0085]結晶的縱橫尺寸比如下計算，即使用與上述同樣的晶粒，以長邊為分子，短邊為分母，計算在晶粒截面最長直徑(長邊)和與其垂直的最長直徑(短邊)的長度之比。
[0086]另外，對於本發明cBN包覆工具I?14的前刀面的硬質包覆層以及後刀面的硬質包覆層，通過X射線衍射求出測定(200)的峰值強度I (200)、(111)面的峰值強度I (111)，
I(200)與 I (111)的比值 I (200) /I (111)。
[0087]在表4中示出其結果。
[0088]根據X射線衍射的測定方法具體如下。
[0089]分別對工具基體的前刀面、後刀面進行測定。以如下測定條件進行測定。管電壓:40V、管電流:200mA、2 Θ:20 ?80°、步長:0.02°、計數時間:0.5sec。
[0090]並且，對於比較例cBN包覆工具I?13，也與本發明cBN包覆工具I?14的情況相同地，將從前刀面、刃口修磨麵及後刀面的最表面向深度方向0.5μπι為止的深度區域假設為表面區域，並求出在該表面區域中與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08?0.5 μ m，且與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的TiAlN晶粒在表面區域的總晶粒數中所佔的個數比例。
[0091]並且，對於前刀面、刃口修磨麵及後刀面的表面區域下部的硬質包覆層及後刀面的硬質包覆層，觀察其結晶形態。
[0092]另外，對於前刀面的硬質包覆層以及後刀面的硬質包覆層，根據X射線衍射求出I(200)與 I (111)的比值 I (200)/1 (111)。
[0093]其結果示於表5。
[0094][表 I]
【權利要求】
1.一種表面包覆切削工具，其在由立方晶氮化硼的含量為50?85容量％的立方晶氮化硼基超高壓燒結材料構成的工具基體的表面蒸鍍形成平均層厚為2?6 μ m的由Ti和Al的複合氮化物層構成的硬質包覆層，其特徵在於， Ca)將上述硬質包覆層以組成式=(TinAlx) N表示時，X的值以原子比計為0.30?0.75， (b)上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨麵中，在其表面區域形成的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒中，與基體表面平行的方向的結晶粒徑為0.08?0.5 μ m,且與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒佔上述表面區域的總晶粒數的90%以上的個數比例， (C)上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨麵的表面區域的下部的硬質包覆層及後刀面的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒由柱狀晶構成。
2.根據權利要求1所述的表面包覆切削工具，其特徵在於， 關於上述表面包覆切削工具的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒，通過X射線衍射測定衍射圖案，並求出自(200)面的衍射強度I (200)和自(111)面的衍射強度I(Ill)的比值時，前刀面的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒滿足3 < I (200)/1 (111)<5，另一方面，後刀面的硬質包覆層的Ti和Al的複合氮化物晶粒滿足I (200)/1 (111)< 3。
【文檔編號】C23C14/06GK103878555SQ201310703749
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2012年12月20日
【發明者】仙北屋和明, 田中裕介 申請人:三菱綜合材料株式會社