[发明专利]表面被覆工具

说明书

技术领域

本发明涉及在基体的表面上形成硬质被覆层膜而成的表面被覆工具。

背景技术

近来，在如所述的表面被覆工具中，使用有在WC基超硬合金、TiCN基金属陶瓷等的硬质材料的表面上形成各种硬质被覆层而使滑动性、耐磨损性、耐缺损性提高的方法，其中，通过物理气相合成法成膜的硬质被覆层，由于高硬度且耐磨性高，从而被广泛用于各种用途。作为所述物理气相合成法，使用电弧离子镀敷法和溅射法形成TiAIN层的方法能够很好地进行，此外，还研究了用于使工具寿命延长的TiAIN层的改良。

例如，在专利文献1中，公开了通过形成使低硬度的TiAIN层与高硬度的TiAIN层交互邻接层叠的硬质皮膜，使与硬质皮膜的基层的紧贴性和耐磨损性提高的技术。作为具体的硬质皮膜，记载有如下的构成，即层叠在偏压为-10～-30V的条件下形成含有0.1～0.4比率的Al的低硬度层，与在偏压为-50～-100V的条件下含有0.4～0.75比率的Al的高硬度层的构成。

但是，如专利文献1，在使低硬度的TiAIN层与高硬度的TiAIN层交互邻接层叠的硬质被覆层中，虽然基体的紧贴性和硬质被覆层的耐磨损性提高，但是由于基体表面的凹凸和成膜初期的核生成情形的偏差，硬质被覆层的组织和组成有不均匀的部分，作为硬质被覆层整体的耐磨损性和耐缺损性也不一定充分。特别是在切刃形状锋利，用于要求切削的完成面的平滑性的精密加工等的切削工具中，存在在切削加工的初期阶段切刃上微小的膜剥离和崩刃等发生，加工过的完成面粗糙度恶化，切削工具的寿命变短的问题。

在专利文献2中，公开了通过离子镀敷法顺序形成下述[A]层和[B]层的多层被覆硬质工具，该[A]层使用(Ti_0.95Al_0.05)、(Ti_0.85Al_0.15)的靶Ti的比率为75～98原子％，在(111)面取向，该[B]层使用(Ti_0.5Al_0.5)、(Ti_0.3Al_0.7)的靶，Ti的比率为20～65原子％在(200)面取向，公开了能够在[A]层和[B]层的界面抑制外延成长导入很多晶格缺陷缓和皮膜的残存压缩应力，从而使皮膜的膜厚化成为可能的技术。

但是，如特许文献2，在顺序形成使用Ti的比率高的靶Ti的比率高的(即，Al的比率低)[A]层、使用Ti的比率低的靶Ti的比率低的(即，Al的比率高)[B]的多层被覆硬质工具中，虽然皮膜的膜厚化成为可能，并能能够防止厚膜中的崩刃和皮膜的剥落，但是有硬质被覆层的硬度降低而耐磨损性恶化的问题。还有，在这种情况下，由于大量导入了晶格缺陷，因此TiAIN层的成长变得不均质，有可能硬质被覆层的均质性受损而完成面粗糙度恶化。

在专利文献3中，公开了通过在母材表面形成粒子直径为50nm以下的TiAIN被膜，从而可以提高被膜的耐磨损性，并且能够兼备耐缺损性的被膜。另外，根据专利文献4，公开了通过使TiAIN硬质膜的晶粒径的长/宽比为1～7的范围，即通过使TiAIN硬质膜的晶粒径形成在纵向长的柱状结晶，从而得到稳定的寿命长的硬质膜被覆工具等。

但是，如专利文献3，在TiAIN被膜的粒径为50nm以下的被膜中，虽然耐磨损性提高，但被膜中蓄积了过剩的内部应力，没有使该内部应力降低的应力缓和结构而耐缺损性降低，有可能硬质被覆层会剥离，或崩刃发生。另外，如专利文献4，即使是使TiAIN硬质膜的晶粒径形成在纵向长的柱状结晶的方法，由于沿基体表面的性状引起硬质被覆层的核形成，因此仅控制晶粒径的长/宽比的平均值，很难均匀地控制柱状结晶的组织，结晶的大小出现偏差，特别是在切刃，微小的膜剥离和崩刃等发生，会有加工过的完成面粗糙度恶化，使切削工具寿命变短的问题。

另一方面，立方晶氮化硼(立方晶氮化硼)[cubic Boron Nitride。以下简写为cBN。]具有仅次于金刚石的硬度，但是与金刚石不同，不具有与铁系金属的亲和性，因此以cBN为基体的cBN基切削工具在铁系材料，特别是在高硬度淬火钢或铸铁的高速加工和低速的强断续加工等的严格条件的切削加工领域中使用。

另外，cBN基切削工具，近年来也用于要求非常平滑的加工面的表面粗糙度和加工精度的被削材在Φ(直径)30mm以下的小物件的精密加工的领域中，因此要求更优异的切削性能，即加工面的平滑性和加工精度、耐低速加工的强度。