[发明专利]表面包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面包覆切削工具，由于其硬质包覆层具备优异的润滑性、耐崩刀性、耐磨性，因此用于Ti合金、不锈钢等的高速断续切削加工时，经长期使用也会发挥优异的耐磨性。

背景技术

以往，已知有通过在工具基体表面包覆形成由选自周期表的4a、5a、6a族的至少一种以上的碳化物、氮化物、碳氮化物等构成的硬质皮膜来实现切削工具的耐磨性提高。

并且，在硬质皮膜中α型氧化铝层由于热稳定性优异、反应性较低且为高硬度，因此经常作为由选自上述周期表的4a、5a、6a族的至少一种以上的碳化物、氮化物、碳氮化物等构成的硬质皮膜的最表面层包覆形成α型氧化铝层。

作为氧化铝层的包覆形成方法，通常采用化学蒸镀（CVD）法，但此外还已知有物理蒸镀（PVD）法、溶胶凝胶法。

例如如专利文献1所示，提出有如下内容，即为了避免工具基体、硬质皮膜的特性的劣化/变形，作为在低温条件（1000℃以下）的α型氧化铝层的形成方法，通过物理蒸镀（PVD）法在工具基体表面形成由以至少一种元素作为必须成分的氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物、氮氧化物、碳氮氧化物构成的硬质皮膜之后，通过氧化该硬质皮膜来形成含氧化物层，且通过在该含氧化物层上进行物理蒸镀（PVD），蒸镀形成作为最表面层的、以耐磨性及耐热性优异的α型晶体结构为主体的氧化铝层，其中，所述至少一种元素选自Al及4a族、5a族、6a族以及Si。

另外，如专利文献2所示，提出有如下内容，即在通过物理蒸镀（PVD）法蒸镀形成硬质包覆层的表面包覆切削工具中，以（Ti、Al）N层构成第1层，并且以氧化铝层（优选γ型氧化铝层）构成第2层。

而且，如专利文献3所示，提出有如下内容，即作为具有力学特性、耐久性的氧化铝包覆结构体的制造方法，通过溶胶凝胶法在母材上包覆由晶体结构为非晶结构或γ型的氧化铝或者它们的混合物构成的第1氧化铝层之后，通过溅射来包覆形成以γ型为主体的第2氧化铝层。

专利文献1：日本专利公开2004-124246号公报

专利文献2：日本专利公开2007-75990号公报

专利文献3：日本专利公开2006-205558号公报

作为硬质包覆层，通过CVD法包覆形成氧化铝层的表面包覆切削工具中，对Ti合金、不锈钢等进行切削加工时，可举出包覆工具的前刀面中的耐磨性的提高，但是这尤其是因为所形成的α型氧化铝的热稳定性、非反应性较高。

上述专利文献1中提出有通过物理蒸镀（PVD）法在低温条件下形成α型氧化铝层，但是蒸镀形成氧化铝层时，首先需要氧化硬质皮膜并在其表面形成含氧化物层，但是含氧化物层与氧化铝层的粘附性不充分，并且作为氧化铝不仅存在α型氧化铝，还存在γ型氧化铝，因此未能得到充分的耐热性，其结果存在无法发挥长期使用中能够令人满意的切削性能的问题。

另外，上述专利文献2、3中，存在如下问题，即所形成的氧化铝为γ型氧化铝，因此缺乏在高温下的稳定性，并且在高速切削加工中无法发挥令人满意的切削性能。

发明内容

因此，本发明人等为了通过溶胶凝胶法在工具基体表面形成耐磨性优异的氧化铝层而进行了深入研究的结果，发现如下内容：在构成通过溶胶凝胶法形成的基质的非晶相氧化铝中分散分布由非晶相及α氧化铝的针状晶相、板状晶相的集聚体构成且耐磨性优异的球状组织，由此可得到将其提供到产生高热并且对切削刃作用有断续性/冲击性负荷的高速断续切削加工时，润滑性、耐崩刀性、耐磨性也优异的表面包覆切削工具。

即，发现如下内容：制备氧化铝溶胶时，作为低温熟成处理，进行在低于通常的温度下的搅拌和长期保持，由此抑制水解及缩聚的反应速度，紧密地形成由Al-O的结合构成的氧化铝前驱体时，能够形成更多的接近刚玉型结构的八面体AlO₆，因此将该氧化铝溶胶作为工具基体的表面层来涂布并干燥、烧成，即可形成由如下氧化铝层构成的硬质皮膜的表面层，所述氧化铝层中，在平滑性较高且润滑性、耐熔敷性、耐崩刀性优异的非晶氧化铝的基质中分散分布有由非晶相及α型氧化铝的针状晶相、板状晶相的集聚体构成且耐磨性优异的球状组织。

另外，将作为与表面层的氧化铝层接触的基底层的硬质皮膜形成为Al在该硬质皮膜中的金属成分中所占的含有比例为40原子%以上的氮化物皮膜时，与表面层的氧化铝层的粘附强度变高，因此在抑制产生切削加工时的冲击等引起的氧化铝层的剥离、缺损等观点上优选。