[发明专利]表面被覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种切削工具，例如钻头、端铣刀、钻头用可转位刀头、端铣刀用可转位刀头、铣削用可转位刀头、车削用可转位刀头、金工锯、齿轮切削工具、铰刀或丝锥；更具体地说，本发明涉及一种表面被覆切削工具，其中在该切削工具的表面上形成有用于提高诸如韧性和耐磨性等特性的涂层。

背景技术

通常，人们采用硬质合金(WC-Co合金、或者通过添加Ti(钛)、Ta(钽)或Nb(铌)的碳氮化物而制成的合金)作为切削工具。但是，随着近期以来切削技术的快速发展，使用这样一种硬质合金工具的比例逐渐增大，该硬质合金工具具有由硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼烧结体或者氧化铝基或氮化硅基陶瓷构成的基体，该基体被覆有至少一个通过CVD(化学气相沉积法)或PVD(物理气相沉积法)形成的化合物涂层，该化合物由选自在日本使用的元素周期表IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、Al(铝)、Si和B中的至少一种第一元素以及选自B、C、N和O中的至少一种第二元素(如果第一元素仅为B，则第二元素不为B)形成，该涂层的厚度为3到20μm。

这种切削工具具有与工件产生的切屑接触的前刀面、以及与工件本身接触的后刀面，并且对应于在该前刀面和该后刀面彼此相交处的脊线的部分(及其周围部分)被称为刀头脊线。

近些年，为了进一步提高切削性，切削速度已经被大幅度提高，由此要求这种切削工具具有更高的耐磨性。但是，如果达到了高耐磨性的要求，则韧性会下降，因此要求高耐磨性和高韧性之间具有协调性。

作为满足这种要求的一种尝试，例如，日本专利申请公开No.05-177411(专利文献1)关注通过化学气相沉积法(CVD)于高温下在基体上形成涂层并随后将其冷却到室温的情况下、在该涂层中所产生的残余拉应力，据推测此拉应力会减弱切削工具的韧性，由此提出一种解决该问题的方案。由于此拉应力来自于基体和涂层之间的热膨胀系数的差异，因此采用这样一种提高韧性(抗断裂性)同时保持高耐磨性的技术：首先在基体上形成具有所述拉应力的第一涂层，在该第一涂层上形成规定的裂纹，然后在该第一涂层上形成具有压应力的第二涂层。

日本专利申请公开No.05-177412(专利文献2)关注类似于上述的涂层拉应力，采用了一种与上述不同的方法，并提出了一种通过在硬陶瓷基体上形成具有拉应力的内涂层以及在该内涂层上面形成具有压应力的外涂层而获得的结构。此外，日本专利申请公开No.05-177413(专利文献3)提出了一种切削工具，其具有金属陶瓷基体并具有与专利文献2类似的结构。

另一方面，日本专利申请公开No.06-055311(专利文献4)提出了一种通过以下方法制备的切削工具：利用化学气相沉积法在硬质合金基体上形成一层硬质涂层，并基本消除硬质涂层前刀面部分上的拉应力并保持硬质涂层后刀面部分上的拉应力。

日本专利No.3087465(日本专利申请公开No.06-079502，专利文献5)提出了一种通过以下方法制备的切削工具：在碳氮化钛基金属陶瓷基体的表面上形成其压应力沿着整个刀头脊线基本均匀分布的硬质涂层，并通过对该硬质涂层进行喷砂处理来增大前刀面部分的压应力，使其比后刀面部分的压应力至少大49MPa。

虽然上述每一种方法都可以在一定程度上使韧性和耐磨性相协调，但是，人们要求切削工具在当前切削工具所处的情况下具有更高的性能，并且需要开发能够充分满足这种性能要求的切削工具。

专利文献1：日本专利申请公开No.05-177411

专利文献2：日本专利申请公开No.05-177412

专利文献3：日本专利申请公开No.05-177413

专利文献4：日本专利申请公开No.06-055311

专利文献5：日本专利No.3087465(日本专利申请公开No.06-079502)

发明内容

本发明要解决的问题

本发明是在考虑了上述现状的情况下提出的，并且本发明的一个目的是提供一种韧性和耐磨性彼此高度协调的表面被覆切削工具。解决问题的手段

本发明人为了解决上述问题进行了深入地研究，从而认识到最有效地使韧性和耐磨性之间相协调的方法是：选择特定的用于覆盖基体的涂层材料，不着眼于在用多个层覆盖基体时以各层为单位的应力，而是着眼于以诸如前刀面和后刀面之类的表面为单位进行的应力控制，并对前刀面和后刀面施加特定的应力，本发明人以此认识为基础进行进一步研究，最终完成了本发明。