CN101151115A - 被覆切削刀头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的被覆切削刀头(1)，其包含：形成于基体(8)上的底层以及形成于部分所述底层上的指示层。该指示层在后刀面(3)上在所述底层除了特定区域A1之外的区域A2的整个表面或部分表面上、以及在前刀面(2)上在所述底层除了特定区域B1之外的区域B2的整个表面或部分表面上形成。在所述区域A1和所述区域B1中，所述底层暴露在表面上，并且在所述区域A1和/或所述区域B1中具有压缩残余应力。

Description

被覆切削刀头及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在切削加工用切削工具中使用的被覆切削刀头及其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种特别用于钻削、端铣削、铣削、车削、金工锯加工、齿轮切削刀具加工、铰刀加工、丝锥加工和曲轴销铣削的被覆切削刀头，及其制造方法。
背景技术
车削工具或铣削工具包含单个被覆切削刀头或多个被覆切削刀头。如图1所示，这种被覆切削刀头1包含前刀面2和后刀面3，其中前刀面2位于支承在切削加工过程中形成的加工材料5的切屑6的一侧，后刀面3位于与加工材料本身相对的一侧。前刀面2和后刀面3彼此相连，刀刃4位于它们之间。在该刀具中，刀刃4起到了切削加工材料5的中心作用点的作用。
当刀具的使用寿命结束时，应当更换其被覆切削刀头的刀刃。这样，在刀头具有单个刀刃的情况下，应当更换刀头本身。同时，具有多个刀刃的被覆切削刀头可以以这样的方式使用：在使用同一基准平面的条件下，几次改变刀头取向，从而使得刀头的切削位置不同于已经使用的切削位置，也就是说，将未使用的刀刃置于切削位置处。在一些情况下，刀刃可以被附着在其它基准平面上，其中可以使用未使用过的刀刃。
然而，尽管在切削位点处存在未使用过的刀刃，但是仍然可能替换被覆切削刀头或改变其取向。这是由于在更换刀刃时或改变刀刃取向时无法辨认刀刃是否被使用过。因此，只有在清楚确认刀刃是否已经使用之后才应进行所述的操作。
人们已经提出使被覆切削刀头的后刀面和前刀面彼此具有不同颜色来作为一种容易地识别使用过的刀刃的方法(日本专利申请公开No.2002-144108(专利文献1))。具体地说，被覆切削刀头被构造成这样的方式：在基体上形成被称为抗磨涂层的耐磨底层，在后刀面上形成由易磨损的材料制成的指示层。
按照上述方式构造成的被覆切削刀头具有引人注意的作用，其可以指示刀刃是否已经被使用过，但是，在后刀面上形成的指示层容易粘附到加工材料上。具体地说，指示层粘附到加工材料的表面上或加工材料粘附到指示层上，结果是在切削加工中使用了凹凸不平的刀刃。在这种情况下，加工材料的外观和表面平整度在切削后受到损害。
另外，如同上述被覆切削刀头那样，如果在后刀面上设置指示层，那么当将该刀头存放在储存盒中时或将该刀头放置在机床周围的操作台上时，很难容易地识别哪个刀刃已经被使用过。通常，后刀面的面积小于前刀面的面积，因此当将刀头以前刀面朝上的方式存放在储存盒中时或放置在机床周围的操作台上时，很难观察到后刀面。
在解决上述问题的尝试中，通常提出以如下方式构造成的被覆切削刀头：只在刀刃的周围不形成指示层，从而使该部分的底层暴露出来，预计这种被覆切削刀头在一定程度上可以解决上述问题(国际公开No.02/004156(专利文献2))。但是，除了上述问题，以这种方式构造成的被覆切削刀头具有刀刃可能碎裂的问题，而该问题也需要解决。
专利文献1：日本专利申请公开No.2002-144108
专利文献2：国际公开No.02/004156
发明内容
本发明要解决的问题
本发明是为了解决上述问题而完成的。本发明的目的是提供一种被覆切削刀头，该被覆切削刀头能够在不损害加工材料的外观或表面平整度的情况下有效地具有易于肉眼识别的引人注意的作用，并且能够抑制碎裂，本发明还提供所述被覆切削刀头的制造方法。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明人对在切削加工过程中被覆切削刀头与加工材料之间的接触状态进行了专注的研究。结果，本发明人认为，如图1所示，当被覆切削刀头1的刀刃4与加工材料5接触时，在刀刃周围的部分没有形成指示层的条件下使该部分具有韧性，可以产生这样的结果：在切削后，指示层与加工材料的表面的粘附作用受到抑制，并且可以同时解决碎裂等问题。本发明是基于这种观念以及进一步的研究而完成的。
具体地说，本发明涉及一种被覆切削刀头，其包含基体、在基体上形成的底层以及在部分底层上形成的指示层。所述基体具有至少一个用作前刀面的表面和至少一个用作后刀面的其它表面。前刀面和后刀面彼此相连，刀刃位于它们之间。底层显示出与指示层不同的颜色。可以在后刀面上在底层除了区域A1(其具有从刀刃延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度)之外的区域A2的整个表面上或者部分表面上形成指示层，以及在前刀面上在底层除了区域B1(其具有从刀刃延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度)之外的区域B2的整个表面上或者部分表面上形成指示层。在区域A1和区域B1中，底层暴露在表面上，并且构成暴露的底层的至少一层在区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力。
优选的是，上述压缩残余应力是绝对值为至少0.1GPa的应力。另外，优选的是，底层的最外层由Al2O3层或含Al2O3的层构成。优选的是，Al2O3层或含Al2O3的层暴露在区域A1和区域B1的表面上，并且在区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力。优选的是，该压缩残余应力是绝对值为至少0.1GPa的应力。
优选的是，使用化学气相沉积法形成底层，或者可以使用物理气相沉积法形成底层。
当将区域A1的表面相对粗糙度Ra设定为A1μm、区域A2的表面相对粗糙度Ra设定为A2μm、区域B1的表面相对粗糙度Ra设定为B1μm、区域B2的表面相对粗糙度Ra设定为B2μm时，优选的是满足1.0＞A1/A2和1.0＞B1/B2的关系。被覆切削刀头可以具有多个刀刃，并且指示层可以是比底层更易磨损的层。
优选的是，指示层的最外层由这样的层构成，该层由选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素(Ti、Zr、Hf等)、Va族元素(V、Nb、Ta等)和VIa族元素(Cr、Mo、W等)、及Al、Si、Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Fe、Co和Ni中的至少一种金属(元素)以及含上述金属的合金形成；或者由选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、及Al和Si中的至少一种元素与选自碳、氮、氧和硼中的至少一种元素所形成的化合物形成。
基体可由硬质合金、金属陶瓷、高速钢、陶瓷、烧结立方氮化硼、烧结金刚石和烧结氮化硅中的任意一种形成。
被覆切削刀头可用于钻削、端铣削、铣削、车削、金工锯加工、齿轮切削刀具加工、铰刀加工、丝锥加工和曲轴销铣削中的任意一种。
此外，本发明涉及被覆切削刀头(包括基体、在基体上形成的底层以及在部分底层上形成的指示层)的制造方法，该制造方法包括下述步骤：在基体上形成底层；在该底层上形成指示层，该指示层具有不同于所述底层的颜色；以及除去在基体后刀面上的区域中和基体前刀面上的区域中形成的指示层，其中基体后刀面上的所述区域至少包括从刀刃延伸出的宽度为至少0.2mm到小于4.0mm的区域A1，基体前刀面上的所述区域至少包括从刀刃延伸出的宽度为至少0.2mm到小于4.0mm的区域B1。在除去指示层的步骤中，优选使用喷抛处理等来除去指示层。
在根据本发明的这种被覆切削刀头中，如上所述，至少一个表面作为前刀面，至少一个其它表面作为后刀面。此外，前刀面和后刀面彼此相连，刀刃位于它们之间，并且在除了刀刃周围的特定部分A1和B1以外的部分中，形成了不同于底层颜色的指示层。
本发明所需要的是指示层具有这样的颜色，该颜色与底层形成强烈的颜色对比。在除了刀刃周围的特定部分(如上所述)以外的部分中所形成的指示层优选被构造成这样的方式：在使用被覆切削刀头进行尽可能短的一段时间(例如，几秒钟或几分钟)的切削操作后，指示层显示出清晰的痕迹并且至少部分被磨损，从而使具有不同颜色的下层(即，底层)暴露出来。在一个可行的实施方案中，优选的是，指示层具有较差的耐磨性，其比底层更易磨损，并且对底层具有较弱的粘附强度。
同时，指示层的颜色可以在使用被覆切削刀头后即刻发生改变。可供选用的其它方式是，由于切屑或切削油等的粘附，结果使得指示层的颜色可发生改变(包括看起来好象指示层的颜色发生变化的情况)。
为了指示与指示层邻近的刀刃已经被使用过，其它或可代替的方式是指示层可以以不同的方式改变其颜色。例如，指示层可以是热敏性的，即，只有在刀刃周围的温度超过200℃时，指示层的颜色才发生变化。此外，合乎需要的是，颜色变化是基于氧化反应或其它化学变化的，并且是不可逆的。即使是在短时间内使用了相邻的刀刃的情况下，如果与刀刃相邻的部分的温度至少在短时间内是超过指定的温度的，那么这部分的指示层的颜色发生变化，并且这种颜色变化是清晰的且可以永久识别的。由于热作用而导致的颜色变化是有益的，其原因在于颜色变化不仅发生在使用过程中与加工材料直接接触的部分，而且发生在与高温切屑相接触的较大的区域内，因此可以容易地识别使用过的刀刃。
根据指示层中是否形成痕迹或是否发生颜色改变，都可以以容易简单的方式迅速地识别被覆切削刀头是否已经被使用过或者哪个刀刃还没有被使用过。也就是说，指示层起到了引人注意的作用。因此，可以适当地更换被覆切削刀头或变换其方向。具体而言，可以避免以下不利的情况，例如，没有意识到需要更换已经使用过的被覆切削刀头；未被使用的被覆切削刀头在没有使用的情况下就被更换成一个新的刀头；在改变被覆切削刀头方向的过程中将已经使用过的刀刃设置在切削位置上；或者使未使用过的刀刃保持没有被使用的状态。因此，根据本发明的被覆切削刀头，明显地简化切削工具的维护。
根据本发明的被覆切削刀头不仅具有引人注意的作用，而且由于在刀刃周围的特定部分中没有形成指示层，所以在解决现有技术中存在的加工材料在切削加工后其外观和表面粗糙度较差的问题上具有显著的作用和效果。此外，由于根据本发明的被覆切削刀头在刀刃周围的特定部分中具有压缩残余应力，所以本发明的刀刃不像常规的被覆切削刀头中的刀刃那样容易碎裂。因此，本发明解决了所有这些常规问题，其工业适用性也特别广泛。
此外，根据本发明的被覆切削刀头是高效的，其原因在于即使当将本发明的刀头存放在储存盒中时或将该刀头放置在机床周围的操作台上时，由于在除了刀刃周围的特定部分之外的部分中形成有指示层，所以可以容易地识别其刀刃已经被使用过的刀头。
本发明所需要的是指示层被形成为浅色，例如，黄色或微黄色光泽(例如，金色)，而底层被形成为黑色。例如，合乎需要的是，通过形成氧化铝(Al2O3)涂层或含有氧化铝的涂层来形成底层。可以在Al2O3层的上面和下面设置其它层。
以这种方式，根据本发明的被覆切削刀头可通过堆叠各层来形成，在此，构成底层的Al2O3层起到耐磨层的作用。本文中所述的耐磨层是指这样的涂层，当将其用于切削加工时其具有提高刀刃的耐磨性的作用，从而延长刀具的使用寿命或提高切削速度。
同时，这种耐磨层可承载辅助表层。可供选择的其它方式是，可提供具有相同性能或更好的性能的耐磨层来代替Al2O3层。
为了制造根据本发明的被覆切削刀头，首先将作为耐磨层的包含Al2O3层的涂层形成为在基体整个表面上的底层。然后，例如，可以将氮化物(例如，TiN)层作为最上层形成为指示层。氮化物层被形成为覆盖底层的整个表面，其后如上所述，该氮化物层被从刀刃周围的特定部分中除去。特别优选的是，使用喷抛处理来进行除去操作，这是因为这样可以在除去指示层的同时，使该部分具有压缩残余应力。在此，如果只是想除去指示层，那么可以使用刷光处理等来代替喷抛处理，但是，刷光处理等不能提供相对较大的压缩残余应力。因此，非常适合采用的是喷抛处理。通过采用喷抛处理，不仅可以具有压缩残余应力，而且被处理的部分非常平整，从而有助于使加工材料发生更少的粘附，并且提高被覆切削刀头的使用寿命。应该注意的是，通过使用掩模，指示层没有被除去，而是保留在其应该被保留的部分中。
发明效果
按照如上所述的构造方式，根据本发明的被覆切削刀头能够在不损害加工材料的外观或表面平整度的情况下有效地获得易于肉眼识别的引人注意的作用，并且能够抑制碎裂问题。
附图简要说明
图1是示意性地示出切削加工过程中被覆切削刀头与加工材料之间的接触状态的图。
图2是根据本发明的一个实施方案的被覆切削刀头在使用前的示意性立体图。
图3是根据本发明的被覆切削刀头在使用一个刀刃后的示意性立体图。
图4是根据本发明的被覆切削刀头在使用两个刀刃后的示意性立体图。
图5是被覆切削刀头的刀刃部分的放大剖视图。
图6是其中在后刀面的整个表面上形成指示层的被覆切削刀头的剖视图。
图7是其中在前刀面的整个表面上形成指示层的被覆切削刀头的剖视图。
图8是示出被覆切削刀头的一个锐角转角部分的平面示意图。
图9是沿图8中IX-IX线的示意性剖视图。
参考标号说明
1被覆切削刀头；2前刀面；3后刀面；4刀刃；5加工材料；6切屑；7通孔；8基体；9、10、14、15颜色变化的区域；11涂层；12底层；13指示层。
实施本发明的最佳方式
下面将更加详细地说明本发明。参照附图来说明本发明的实施方案，具有相同的指定参考标号的那些代表相同的或相应的部分。应该注意的是，每幅图都仅仅是示意性的或说明性的，并且涂层和基体的厚度比例或转角的曲线(R)比例与实际比例不同。
<被覆切削刀头和基体>
根据本发明的被覆切削刀头包括基体、在基体上形成的底层和在部分底层上形成的指示层。图2示出形成为具有正方形上表面的被覆切削刀头1。该被覆切削刀头1以这样的方式形成基体8，并且(例如)基体8优选由硬质合金制成。例如，可以使用烧结碳化钨或其它硬质合金材料。可供选用的其它方式是，基体8可以由陶瓷材料制成。
通常已知的用于被覆切削刀头基体的材料(基材)都可以作为用于形成基体的材料，而没有特别限定。这种基体的例子包括硬质合金(例如，单独由WC或WC和Co的组合物和/或由Ti、Ta、Nb等的碳化物、氮化物、碳氮化物等构成的WC基硬质合金)、金属陶瓷(主要由TiC、TiN、TiCN等构成)、高速钢、陶瓷(碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、它们的混合物等)、烧结立方氮化硼、烧结金刚石、烧结氮化硅等。另外，可以对基体(基材)的表面进行改造。例如，在使用硬质合金的情况下，可以在该硬质合金的表面上形成脱贝它(β)层(beta(β)removal layer)；在使用金属陶瓷的情况下，可以形成表面硬化层。即使以这样的方式对表面进行了改造，仍然可以达到本发明的效果。
此外，基体8可以是(例如)多面体形。例如，如图2所示，多面体可以具有至少含底表面、多个侧表面、和上表面的形状，但不限于此。也就是说，可以包括具有任何形状的多面体。基体8的至少一个表面作为前刀面2(将在下文说明)，基体8的至少一个其它表面作为后刀面3，前刀面2和后刀面3彼此相连，刀刃4(由图2中前刀面和后刀面相交处的脊表示)位于它们之间。
根据本发明的被覆切削刀头既包括其中形成断屑槽的刀头，又包括其中没有形成断屑槽的刀头。在根据本发明的被覆切削刀头中，可以形成用作固定孔(用于将被覆切削刀头1附着在刀具上)的通孔7，该通孔7穿透上表面和底表面。如果需要的话，除了固定孔以外或者为了代替固定孔，可以设置其它的固定装置。
根据本发明的这种被覆切削刀头特别适用于钻削、端铣削、铣削、车削、金工锯加工、齿轮切削工具加工、铰刀加工、丝锥加工和曲轴销铣削。应该注意的是，对于任何阴型和阳型的被覆切削刀头，本发明都是有效的。
<前刀面、后刀面和刀刃>
基体8具有至少一个作为前刀面2的表面，以及至少一个作为后刀面3的其它表面。前刀面2和后刀面3彼此相连，刀刃4(对应于前刀面和后刀面彼此相交处的脊)位于它们之间。优选的是，如图2所示，这种被覆切削刀头1具有多个刀刃4，其原因在于通过在使用完一个刀刃之后使用另一个刀刃可以省去更换被覆切削刀头所花费的时间和造成的麻烦。本文中使用的说明用语“前刀面”、“后刀面”和“刀刃”是指这样的概念，其不仅包括作为被覆切削刀头最外部的部分或表面，而且包括相应部分，如基体表面部分以及诸如底层、指示层之类的各层的表面部分和内部。
刀刃4起到用于切削加工材料的中心作用点的作用。尽管在图2等各图中，刀刃4被形成为线形，但是刀刃的形状不限于此。刀刃可以是弧形、波纹形、弯曲形或曲折形。可以对这种刀刃进行刀刃处理，例如，对转角进行斜切处理和/或弯曲(R)处理。如果所述的刀刃处理等的结果是刀刃不再形成锋利的脊，那么就想象前刀面和后刀面(已经经过所述的刀刃处理等)在进行刀刃处理等之前的状态。具体地说，确定虚构的脊，该虚构的脊是对前刀面和后刀面进行几何延伸、结果使得它们彼此相交而形成，从而将该虚构的脊作为刀刃。在本文中，术语“前刀面和后刀面彼此相连，刀刃位于它们之间”和“具有刀刃”都包括其中刀刃已经经过上述的刀刃处理的情况。
尽管在图2中前刀面2被显示成平坦的表面，但是可以根据需要使前刀面具有其它结构，例如，断屑槽。这种情况也可用于后刀面3。尽管在图2中后刀面3被显示成平坦的表面，但是后刀面3可以被适当地斜切(被分割成多个表面区域)，或者可以形成与平坦表面或弯曲表面不同的形状，或者可以具有断屑槽。
可以根据需要使刀刃4形成不同于线形的弯曲形或曲折形。此外，例如，由图5可以清楚地看出，可以对刀刃进行如上所述的诸如对转角进行的斜切处理和/或弯曲(R)处理之类的刀刃处理。
<底层>
基体8上所形成的底层12的颜色显示出不同于指示层13(将在下文中说明)的颜色。以下将参照图5说明施加于被覆切削刀头1上的涂层11的构造。涂层11包含沿着前刀面2和后刀面3延伸的底层12。在这种方式中，底层12形成在基体8的表面上，并且底层12在后刀面的区域A1(其具有从刀刃延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度)上和前刀面的区域B1(其具有从刀刃延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度)上以与指示层13(将在下文中说明)相关的方式暴露于表面。在此，刀刃是后刀面上的底层(的表面)和前刀面上的底层(的表面)彼此相交所形成的脊(如果已经进行如上所述的刀刃处理，则为虚构的脊)。也就是说，所述的底层12在没有形成指示层13的部分上以及在除了上述区域A1和区域B1的区域(即，区域A2和B2)上起到表面的作用。
底层12的特征在于：构成暴露部分的至少一层在区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力。根据这种构造，可以提供韧性，由此可以相当有效地抑制刀刃的碎裂。在此，更优选的是，区域A1和区域B1都具有压缩残余应力。
在此，本文中使用的压缩残余应力表示一种存在于涂层中的内应力(固有应变)，并且是指通过“-”(负)的数值(在本发明中，单位：GPa)来表示的应力。因此，“压缩残余应力大”的概念是指上述数值的绝对值大，而  “压缩残余应力小”的概念是指上述数值的绝对值小。就这一点而言，拉伸残余应力表示一种存在于涂层中的内应力(固有应变)，并且是指通过“+”(正)的数值来表示的应力。设定术语“残余应力”既包括压缩残余应力又包括拉伸残余应力。
在上述区域A1和/或区域B1中压缩残余应力是这样的应力：其绝对值优选为至少0.1GPa、更优选为至少0.2GPa、进一步优选为至少0.5GPa。如果绝对值小于0.1GPa，可能无法获得足够的韧性。同样，从提供韧性的角度而言，尽管绝对值较大是优选的，但是如果绝对值超过8GPa，则涂层本身可能剥落，这不是优选的。
构成底层的至少一层应当在上述区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力。但是，更优选的是，至少构成底层的最外层的层合适地具有压缩残余应力，其原因在于最外层具有压缩残余应力被认为最有助于改善抗碎性。
可以利用X射线应力测量仪通过sin2ψ法测量残余应力。具体地说，可以按照这样的方式测量残余应力：使用sin2ψ法测量具有压缩残余应力的底层区域中所包括的任意10点的应力(优选的是，为了代表该层的该区域中的应力，选择这些点使得它们彼此相距至少0.1mm)，并计算其平均值。
这种利用X射线的sin2ψ法作为一种测量多晶材料残余应力的方法被广泛使用，例如，可以使用文献“X射线应力测定法”(日本材料学会，株式会社养贤堂1981年出版)第54-66页中详细描述的方法。
也可以使用拉曼光谱法测量残余应力。拉曼光谱法的优点在于其能够进行局部测量，也就是说，对狭窄区域(例如，点块直径为1μm的区域)进行测量。对于使用拉曼光谱法测量残余应力而言，例如，可以采用文献“Technique for Evaluating Dynamic Property ofThin Film”(Sipec(更名为Realize Advanced TechnologyLimited)1992年出版)第264-271页中描述的方法，但该方法是一般方法。
可以使用已知的化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(包括PVD和溅射法)等形成底层12，并且特别适合的是使用化学气相沉积法来形成底层。这是因为使用化学气相沉积法可以使基体8和底层12之间具有优异的粘附性。在此，通过调节形成底层的时间来有利地控制该层的厚度。
在此，如果使用已知的CVD形成底层，则底层优选包含使用MT-CVD(中温CVD)形成的层。特别是，包含耐磨性优异并且使用所述方法形成的碳氮化钛(TiCN)层是最理想的。在常规的CVD中，在大约1020℃至1030℃的温度下形成层，而在MT-CVD中，在大约850℃至950℃的相对低的温度下形成层。因此，可以降低在成形过程中由于加热而对基体造成的损坏。因此，优选的是，将使用MT-CVD形成的层设置成接近于基体。此外，由于腈系气体具有良好的生产率，因此腈系气体，特别是乙腈(CH3CN)，优选作为形成用气体。在一些情况下，通过堆叠采用上述MT-CVD形成的层和采用HT-CVD(高温CVD；上述常规CVD法)形成的层来构成的多层结构是优选的，其原因在于这样可以提高涂层之间的粘附强度。
同时，对上述向底层12提供压缩残余应力的方法没有特别限定。例如，如果底层12是采用CVD形成的，那么使底层上要被提供压缩残余应力的区域在其形成之后经过喷抛处理，由此提供压缩残余应力。进行喷抛处理的区域可以较宽，也就是说，可以延伸至上述区域(区域A1和区域B1)之外。另一方面，如果底层是采用PVD形成的，那么在形成时已经提供了压缩残余应力，因此，可以不必进行上述处理。
如上所述，向底层12提供压缩残余应力的方法包括使用PVD形成底层12本身的方法。然而，考虑到底层12和基体8之间的粘附性，特别优选的是，使用CVD形成底层12本身，并通过喷抛处理提供压缩残余应力。在此，如果采用诸如使用刷子进行的研磨处理(即，刷光处理)之类的其它方法来代理喷抛处理，则不能提供压缩残余应力，因此不能实现本发明的目的。因此，应当避免采用这些方法。
这种喷抛处理可以在底层12形成之后进行，但是，也可以在底层12上先形成指示层13(将在下文进行说明)，此后在进行喷抛处理的同时，将指示层13从区域A1和区域B1上除去。通过采用这种处理方法，优选地提高了被覆切削刀头的生产效率。在此，在指示层13应当保留的部分优选使用夹具等来掩盖。
在此，喷抛处理是指一种用于除去被处理对象的表面上存在的涂层、铁锈、灰尘等的表面处理方法，如下面(1)至(3)中所述，并且喷抛处理被应用于多种工业领域中。
(1)使用压缩空气将各种磨粒吹到被处理对象的表面上。
(2)使用转子将各种磨粒连续投射到被处理对象的表面上。
(3)在高压下将含有各种磨粒的液体(水)吹到被处理对象的表面上。
通常使用的上述各种磨粒包括(例如)钢砂、钢丸、金属丝段、氧化铝、玻璃珠、二氧化硅砂等，并且取决于颗粒的种类，它们可以分别被称为喷砂处理、喷丸处理、喷氧化铝处理、喷玻璃珠处理等。
例如，喷砂处理表示使用压缩空气等将二氧化硅砂(粉末)等磨粒吹到被处理对象的表面上的方法，而喷丸处理表示使用钢丸(通常为球形)的方法。此外，湿式喷抛处理表示在高压下将含有磨粒的液体(水)吹到被处理对象的表面上的方法。
喷抛处理的具体条件随着所使用的磨粒(磨料粒)的种类或施加方法的不同而不同。例如，用于喷抛处理的金属基磨料在JISZ0311：1996中有所定义，用于喷抛处理的非金属基磨料在JISZ0312：1996中有所定义。喷丸处理的细节在JIS B6614：1998中有所定义。对于在本发明中的使用喷抛的处理方法而言，可以采用所述条件中的任意一种。
除了上述喷抛法，也可以采用喷丸硬化法、滚筒打光法、离子注入法等作为向底层12提供压缩残余应力的方法。
可以通过单一一层或通过对多层进行堆叠来形成如上所述的底层12，底层12优选具有耐磨层的作用。底层12可以由选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、以及Al和Si中的至少一种元素与选自碳、氮、氧和硼中的至少一种元素所形成的化合物制成，由此形成的底层表现出优异的性能。
例如，作为由所述化合物形成的层，底层12可以由Al2O3层构成，或者包含Al2O3层。可以首先在基体8上形成TiN层，在该TiN层上形成TiCN层，并在该TiCN层上形成Al2O3层。将这种三层构造作为整体形成为底层12，由此可以具有耐磨层的作用。
如果如上所述，通过将多层进行堆叠来形成底层12，则其最外层特别优选的是由Al2O3层或含Al2O3的层形成。这是因为Al2O3层或含Al2O3的层是优异的耐磨层，并且显示为黑色(确切地说，该层本身不是黑色的，但是可能受到了下层颜色的影响，在本申请中，有时可以简称为其为黑色)，从而在底层和底层上形成的指示层之间产生了特别明显的对比。
特别优选的是，在上文所述的区域A1和区域B1上，Al2O3层或含Al2O3的层暴露在表面上，并且在所述区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力。这是因为在与抗碎性最相关的部分中都具有优异的耐磨性和韧性。在此，更优选的是所述的区域A1和区域B1都具有压缩残余应力。压缩残余应力是这样的应力：其绝对值优选为至少0.1GPa、更优选为至少0.2GPa、进一步优选为至少0.5GPa。从提供韧性的角度而言，尽管绝对值较大是优选的，但是如果绝对值超过8GPa，则涂层本身可能剥落，这不是优选的。应该注意的是，对构成Al2O3层或含Al2O3的层中的Al2O3的晶体结构没有特别限定，该晶体结构可以包括α-Al2O3、κ-Al2O3等。
作为构成底层12的、除了Al2O3之外可以使用的化合物或者可与Al2O3一起使用的化合物，其具体例子包括TiC、TiN、TiCN、TiCNO、TiB2、TiBN、TiBNO、TiCBN、ZrC、ZrO2、HfC、HfN、TiAlN、AlCrN、CrN、VN、TiSiN、TiSiCN、AlTiCrN、TiAlCN、ZrCN、ZrCNO、AlN、AlCN、ZrN、TiAlC等。例如，通过以下过程形成的构造可以是底层12的合适的例子：首先在基体8的整个表面上形成几微米厚的TiN层，在该TiN层上形成形成几微米厚的TiCN层，在该TiCN层上形成几微米厚的Al2O3层(或含Al2O3的层)，由此底层12具有耐磨层的作用。
通过采用耐磨层作为底层12，显著延长了被覆切削刀头的刀具寿命。此外，有利的是，被覆切削刀头具有耐受更重的工作环境(例如，较高的切削速度)的性能。优选的是，在基体的整个表面上形成作为底层12的耐磨层，从而使所具有的优点更有效地实现。
所述底层12的优选厚度(如果使用两层或多层来形成底层则为总厚度)为至少0.05μm至最多20μm。如果厚度小于0.05μm，则不能观察到耐磨性有改善。同时，如果厚度超过20μm，则不能观察到耐磨性有显著改善，这在经济上是不利的。然而，如果不关注成本效率，将厚度设置为大于或等于20μm是没有坏处的，并且仍能实现本发明的效果。底层的厚度可以通过(例如)切削被覆切削刀头并使用SEM(扫描电子显微镜)观察其横截面来测量。
<指示层>
如图2或5所示，例如，根据本发明的指示层13的特征在于其在后刀面3的底层上在除了区域A1(其具有由刀刃4延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度，该宽度为垂直于刀刃方向的宽度)之外的区域A2的整个表面上或部分表面上、以及在前刀面2的底层上在除了区域B1(其具有由刀刃4延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度，该宽度为垂直于刀刃方向的宽度)之外的区域B2的整个表面上或部分表面上形成。在此，刀刃是后刀面上的底层(的表面)与前刀面上的底层(的表面)彼此相交所形成的脊(如果已经进行如上所述的刀刃处理，则为虚构的脊)。另一方面，由于底层的厚度比被覆切削刀头的总厚度小很多，所以在指明刀刃的位置时是否考虑底层的厚度基本上不成为问题，正常的是，使用被覆切削刀头的轮廓作为参照来指明刀刃的位置就足够了。
由本发明人的研究结果发现，在上述区域A1和区域B1中明显发生加工材料粘附的现象。本发明达到优异的效果在于通过在除了区域A1和区域B1之外的区域A2和区域B2的整个表面上或部分表面上形成指示层，从而有效地抑制了加工材料的粘附，由此，达到了易于肉眼识别的引人注意的作用，同时避免切削后加工材料的外观和表面平整度受到损害。
如果距离刀刃的宽度小于0.2mm，则发生加工材料粘附的现象，从而无法表现出所述的优异效果。另一方面，如果宽度超过4.0mm，则尽管取决于切削条件等，但是仍可能不会充分地显示出由于切削所导致的指示层颜色改变的效果。优选的是，如果被覆切削刀头的厚度为2mm到8mm，则宽度的下限是不小于0.3mm、更优选为不小于0.5mm。同时，如果被覆切削刀头的厚度为2mm到8mm，则宽度的上限优选为小于2.5mm、更优选为小于2.0mm。优选的是，适当地根据被覆切削刀头的尺寸选择处于所述范围内的宽度。用于限定上述区域A1和区域B1的宽度(即，在至少0.2mm至小于4.0mm范围内的宽度)在这些区域之间可以相同，也可以不同。
因此，优选的是形成指示层，使得其覆盖区域A2和区域B2中每个区域的至少20％；适合的是形成指示层，使得其更优选地覆盖所述区域的至少50％，进一步优选地覆盖所述区域的至少80％。因此可以提供足够的引人注意的作用，同时抑制加工材料的粘附。
可以使用已知的化学气相沉积法或物理气相沉积法(包括溅射处理)来形成所述的指示层13，但没有限定。
定义为“区域A2的整个表面或者部分表面”和“区域B2的整个表面或者部分表面”的原因在于如果仅有部分刀刃涉及切削，那么只要通过将指示层仅设置在接近涉及切削的部分的那部分中就可以获得引人注意的作用，因此，没有必要要求形成占据大面积以覆盖区域A2和区域B2的整个表面的指示层。因此，指示层13可以在区域A2和区域B2的整个表面上形成，或者仅仅在各个区域的一部分上形成。
还应该注意的是，在至少0.2mm至小于4.0mm范围内的宽度表示涉及切削的部分的平均值。这是因为，在工业制造中，很难保持恒定的宽度(即，在区域A1和区域B1中的任意部分中，将宽度精确地设定为相同的数值；换言之，保证区域A1和区域B1精确地平行于刀刃)。在此，通过选择包括在区域A1和区域B1中的任意区域、并且将该区域每单位长度(设定为1mm，与刀刃平行)的面积除以单位长度就可以得到所述的平均值。
使用电子显微镜和/或金相显微镜对在形成指示层的部分(区域A2和区域B2)和没有形成指示层的部分(区域A1和区域B1)之间的边界的临近部分进行观察，如果指示层的面积在所述临近部分中达到单位面积(100μm×100μm)的至少80％，则认为形成了指示层。
在本发明的实施方案中，指示层13由外观为黄色或黄铜色(金色)的氮化钛层形成。与此形成对比的是，下面的底层12具有Al2O3(底层中的最外层)的黑色或相对黑色。指示层13优选为比底层12更易磨损的层，其原因在于该指示层13在切削过程中更易于被除去，从而通过暴露下面的底层12可以容易地指示该部分被使用过。此外，除去在除了区域A2和B2之外的其它部分中形成的指示层有助于被覆切削刀头本身的制造。
如上所述，指示层13表现出不同于底层12的颜色。通过在如上所述的指定区域中形成指示层13，最终在刀刃周围的部分和除此之外的区域之间形成了明显的颜色对比。这是因为：在如上所述的刀刃周围部分的表面上形成起到耐磨层作用的底层12。
因此，指示层13是在底层12上在除了区域A1和区域B1以外的区域A2和区域B2的整个表面上或者部分表面上形成的，从而在切削过程中，不会引起由于指示层13与加工材料发生粘附而导致的加工材料外观和表面平整度的损害，并且可以在没有所述的缺陷的情况下获得引人注意的作用。应该注意的是，指示层13可以由单一一层形成，或者通过将多层进行堆叠而形成。
在此，指示层13是由单一一层或者两层或多层构成的，其中所述的单一一层或者两层或多层是由选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、及Al、Si、Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Fe、Co和Ni中的至少一种金属(元素)或者包含所述金属的合金形成；或者由选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、及Al和Si中的至少一种元素与选自碳、氮、氧和硼中的至少一种元素所形成的化合物形成。这些成分中的每一种均具有亮色，并且都是优选的，其原因在于这些成分在工业上可以容易地制造。特别的是，如果将两层或多层堆叠，则由上述元素构成的层优选形成最外层。
特别优选的是，指示层的最外层由选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、及Al、Si、Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Fe、Co和Ni中的至少一种金属(元素)的层构成；或者由选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、及Al和Si中的至少一种元素与选自碳、氮、氧和硼中的至少一种元素所形成的化合物的层构成。这是因为所形成的化合物具有特别亮的颜色，例如，黄色、粉红色、黄铜色、金色等，在设计方面这是优异的，并且可以与底层形成强烈的对比。如果指示层是由单一一层形成的，则该层作为最外层。
更具体地说，除了上述TiN，指示层可以由元素(金属)或化合物形成，所述元素(金属)或化合物除了上述的TiN外，例如有TiC、TiCN、TiCNO、TiB2、TiBN、TiBNO、TiCBN、ZrC、ZrO2、HfC、HfN、TiAlN、AlCrN、CrN、VN、TiSiN、TiSiCN、AlTiCrN、TiAlCN、Al2O3、ZrCN、ZrCNO、AlN、AlCN、ZrN、TiAlC、Cr、Al等。
指示层13不具有较强的改善耐磨性的作用(即，指示层优选为易于磨损的层，并且其耐磨性比底层的耐磨性更差)，并且具有相对较薄的厚度。指示层13的厚度(如果指示层由两层或多层形成，则为总厚度)优选在至少0.05μm至最多2μm的范围内、更优选在至少0.1μm至最多0.5μm的范围内。如果厚度小于0.05μm，则在工业上对预定部分进行均匀的覆盖是困难的，从而可能导致不均匀的颜色以及较差的外观。另一方面，如果厚度超过2μm，则在发挥指示层的作用时不能产生明显的差异，这在经济上是不期望发生的不利情况。可以采用如在底层情况下的测量方法作为测量厚度的方法。
<表面相对粗糙度Ra>
特别优选的是，根据本发明的上述区域A1和区域B1是平整的，从而避免加工材料的粘附。可以通过使上述区域A1和区域B1的表面经过机械处理(例如刷光操作或喷抛操作(喷砂处理))来获得这种表面平整度。通常，当底层上所形成的指示层被除去时进行所述的机械处理，但是，也可以将机械处理作为独立的处理操作在上述区域A1和区域B1的表面上进行。应该注意的是，不仅可以通过机械处理来获得平整度，而且可以通过(例如)化学处理或物理处理来获得平整度。特别的是，采用喷抛处理是优选的，其原因在于喷抛处理可以同时提供上文所述的压缩残余应力。
根据本发明人所进行的研究，已经发现：当将区域A1的表面相对粗糙度Ra设定为A1μm、区域A2的表面相对粗糙度Ra设定为A2μm、区域B1的表面相对粗糙度Ra设定为B1μm、区域B2的表面相对粗糙度Ra设定为B2μm时，并且满足1.0＞A1/A2、1.0＞B1/B2的关系时，可以获得特别良好的针对于加工材料的抗粘附性。更优选的是，满足0.8＞A1/A2以及0.8＞B1/B2的关系，进一步优选的是，满足0.6＞A1/A2以及0.6＞B1/B2的关系。
在本文中，表面相对粗糙度Ra是指一种代表表面粗糙度的数值，也被称为算术平均高度(JIS B0601：2001)。对测量表面相对粗糙度Ra的方法没有特别限定，可以采用任何已知的方法。例如，可以使用接触法(例如，探针法等)、非接触法(例如，激光显微镜法等)或利用显微镜直接观察被覆切削刀头的横截面的方法。
<被覆切削刀头的制造方法>
根据本发明，被覆切削刀头(包含基体、在基体上形成的底层和在部分底层上形成的指示层)的制造方法包括如下步骤：在基体上形成底层；在该底层上形成指示层，该指示层具有不同于所述底层的颜色；以及除去在基体后刀面上的区域中和在基体前刀面上的区域中形成的指示层，所述的基体后刀面上的区域至少包括从刀刃延伸出的、至少0.2mm到小于4.0mm的宽度的区域A1，所述的基体前刀面上的区域至少包括从刀刃延伸出的、至少0.2mm到小于4.0mm的宽度的区域B1。在除去指示层的步骤中，从以简化方式引入较大压缩残余应力的角度来看，特别优选的是使用喷抛处理除去指示层。
通过采用这种制造方法，可以以高生产效率制造被覆切削刀头(包含基体、在基体上形成的底层和在部分底层上形成的指示层)，其中，在后刀面的底层上在除了区域A1(其具有从刀刃延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度)之外的区域A2的整个表面上或部分表面上形成指示层，以及在前刀面的底层上在除了区域B1(其具有从刀刃延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度)之外的区域B2的整个表面上或部分表面上形成指示层，并且在区域A1和区域B1中，底层暴露在表面上，构成暴露的底层的至少一层在区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力。
尽管在制造被覆切削刀头1的过程中，曾在底层12上形成有指示层13，但是随后从至少包括区域A1和区域B1的区域中除去指示层13。按照这种方式，可以制造在区域A1、B1和除了区域A1、B1之外的区域(指示层没有被除去的区域)之间具有明显的颜色对比的被覆切削刀头。
如上所述，可以采用喷抛处理作为除去指示层13的方法。通过采用喷抛处理，可以如上所述向底层12同时提供压缩残余应力，并且喷抛处理对于平整暴露的底层12的表面是有效的。
如果采用刷光处理代替上述所采用的喷抛处理来作为除去指示层13的方法，则必需通过采用喷丸硬化法、滚筒打光法、离子注入法等提供压缩残余应力，使得构成上述暴露的底层的至少一层在区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力。这是因为刷光处理不能提供压缩残余应力。
根据本发明的被覆切削刀头的制造方法，还可以包括使上述区域A1和区域B1经过平整处理的步骤(包括该步骤与除去指示层的步骤同时进行的情况)。平整处理优选以这样的方式进行：当将区域A1的表面相对粗糙度Ra设定为A1μm、区域A2的表面相对粗糙度Ra设定为A2μm、区域B1的表面相对粗糙度Ra设定为B1μm、区域B2的表面相对粗糙度Ra设定为B2μm时，满足1.0＞A1/A2以及1.0＞B1/B2的关系。这样可以保证切削后加工材料的外观和表面平整度。
对于这种平整处理而言，除了上述喷抛处理以外，还可以采用各种化学方法、物理方法或机械方法。例如，可以在进行喷抛处理的同时进行刷光处理。
<作用等>
如图2所示，所述被覆切削刀头1具有前刀面2和后刀面3，该前刀面2和后刀面3都完好无损地处于未使用的状态。特别的是，除了上述区域A1和区域B1之外的区域A2和区域B2的整个表面上或部分表面上保持了指示层13最初的颜色，这表明刀刃4没有被使用过。例如，如果使用TiN涂敷区域A2和区域B2的整个表面或部分表面，则区域A2和区域B2中的指示层13部分在未使用状态下是亮铜色(金色)。与此形成对比的是，构成底层12的Al2O3暴露于区域A1和区域B1中，区域A1和区域B1具有相对黑色或基本上为黑色的外观，这种颜色代表被覆切削刀头。
在以下的说明中，假定这样一种情况，其中被覆切削刀头1被连接到切削刀具的主体上，并且使用多个刀刃4中的一个刀刃。当使用切削刀具时，一个刀刃4立即与加工材料5接触，并开始切削加工材料5。特别的是，由于底层12，被覆切削刀头在区域A1和区域B1中的磨损较少，所述区域是位于刀刃4周围的部分。
但是，当使用刀刃4开始切削时，在临近刀刃4的区域(除了区域A1和区域B1之外的区域A2和区域B2)中，指示层13的颜色发生变化，至此观察到相对明显的初始变化。颜色改变的区域具有不同于指示层13的颜色，在一些情况下，观察到颜色更黑的底层12。
因此，如图3所示，在区域A2和区域B2的每个区域中均可形成连接刀刃4的、黑色的且颜色改变的区域9、10。颜色改变的区域9、10可以快速容易地被识别，因此起到引人注意的作用。由于如上所述底层12发生暴露，或者由于加热引起变化(例如，氧化现象)，结果发生颜色改变。
例如，如图3所示，在接近刀刃4的区域中，指示层13具有调和的颜色，因此形成颜色改变的区域9、10。这种颜色的改变是由于使用刀刃4对加工材料进行切削而使得刀刃周围的温度升高引起的。
在被覆切削刀头1被使用较长时间后(在切削位置被改变后)，形成了图4所示的外观。在此，即使在切削操作进行的最初的几分钟后，便已经形成图3所示的外观。因此，例如，操作人员可以一眼识别一个刀刃4已经被使用过，而其它的刀刃4没有被使用过。在第一次使用另一个刀刃4后，得到图4所示的外观。在此，在接近另一个刀刃4的区域中的指示层13的颜色发生变化，从而形成颜色改变的区域14、15，由此表明另一个刀刃4已经被使用过。
应该注意的是，图2至4所示的被覆切削刀头是一种具有4个可供使用的刀刃4的一次性被覆切削刀头。通过指示层13的颜色可以一眼识别多个刀刃4中的哪些已经被使用过而哪些未被使用过。因此，可以以特别简便的方式对装配有这种被覆切削刀头的切削工具进行维护。
如上所述，将由底层12和指示层13构成的复合涂层11施加于被覆切削刀头1(参见图5)上。尽管在区域A2和区域B2形成了指示层，但是在诸如ISO-标准SNGN120408之类的普通被覆切削刀头中，上表面和底表面作为前刀面，而在除了所述的普通被覆切削刀头之外的例外的被覆切削刀头(被称为“垂直使用”等)中，侧表面作为前刀面。
当即使临近于指示层13的刀刃4被使用很短的时间时，在指示层13上也保留清晰的痕迹，并且指示层13的颜色发生变化或指示层13发生改变。因此，由于指示层13非常敏感，所以可以观察到具有不同颜色的下层或材料(即，底层)。在这种方式中，指示层13形成了清晰的颜色对比或亮度对比，从而可以以简便的方式立即识别使用过的刀刃。如果将在摩擦力方面不利的涂层施加到区域A2和区域B2的整个表面或部分表面上，则加工材料的外观和表面平整度受到损害的程度要比将所述涂层施加到区域A1和区域B1的情况下受到的损害程度小。因此，使用区域A2和区域B2的整个表面或部分表面作为指示层被证明是特别有利的。此外，由于在区域A2和区域B2的整个表面上或部分表面上形成了指示层，所以，被覆切削刀头具有这样优异的作用：即使当将被覆切削刀头存放在储存盒中或放置在操作台上时，也可以非常容易地识别哪个刀刃已经被使用过。
<例子>
在下文中，将参照例子来详细地说明本发明，但本发明不限于此。
<例1>
对包含87质量％的WC、2.0质量％的TiC、2.0质量％的TaC、1.0质量％的NbC和8.0质量％的Co的组合物原料粉末进行压制，然后将所得物质在真空气氛、1400℃温度的条件下烧结1小时。此后，对所得烧结物进行平面抛光处理，并使用SiC刷子对刀刃进行刀刃处理(从前刀面一侧磨去0.05mm的宽度)，由此制成了由硬质合金构成的、形状与切削刀头CNMG120408N-UX(由住友电工硬质合金株式会社制造)相同的刀头。使用这种刀头作为基体。该基体在表面上形成有厚度为15μm的脱贝它(β)层，并且该基体具有2个前刀面和4个后刀面。前刀面和后刀面彼此连接，刀刃(由于上述刀刃处理而成为虚构的脊)位于它们之间。共有8个刀刃。
使用已知的热CVD在基体的整个表面上相继形成以下所列的层。具体而言，基体表面相继涂敷厚度为0.6μm的TiN、厚度为4.6μm的TiCN(使用MT-CVD形成)、厚度为2.2μm的α-氧化铝(α-Al2O3)以及作为最外层的厚度为0.5μm的TiN(总厚度为7.9μm)。在所形成的涂层(被称为涂层No.1)中，厚度为0.6μm的TiN(在基体表面侧)、厚度为4.6μm的TiCN和厚度为2.2μm的α-氧化铝(α-Al2O3)层作为底层，作为最外层的厚度为0.5μm的TiN层作为指示层。
类似地，将下表1中的涂层No.2至7分别代替涂层No.1涂敷在基体的整个表面上。
表1
 No. 涂层
底层   指示层   总厚度
 1 TiN(0.6μm)/TiCN(MT-CVD，4.6μm)/α-Al2O3(2.2μm)   TiN(0.5μm)   7.9μm
 2 TiC(0.3μm)/TiCN(MT-CVD，2.7μm)/κ-Al2O3(2.6μm)   TiCN(0.5μm)   6.1μm
 3 TiN(0.4μm)/TiC(2.2μm)/TiCN(MT-CVD，4.5μm)/κ-Al2O3(1.8μm)   TiN(0.5μm)   9.4μm
 4 TiN(0.4μm)/ZrCN(3.7μm)/ZrO2(0.7μm)/α-Al2O3(1.9μm)   ZrN(0.5μm)   7.2μm
 5 TiN(0.5μm)/TiCN(MT-CVD，5.9μm)/TiBN(0.9μm)/α-Al2O3(4.9μm)   TiN(0.4μm)   12.6μm
 6 TiN(0.3μm)/TiCN(MT-CVD，3.5μm)/TiCN(HT-CVD，1.2μm)/TiBN(0.3μm)/α-Al2O3(4.7μm)   TiN(0.4μm)   10.4μm
 7 TiN(0.5μm)/TiCN(MT-CVD，4.7μm)/α-Al2O3(1.8μm)   CrN(0.4μm)   7.4μm
依次从上表1示出的左侧的那一层开始，在基体的表面上堆叠底层中的各层。除了涂层No.7中的CrN层之外，所有的层都使用已知的热CVD形成(标记为MT-CVD的层是使用MT-CVD(形成温度为900℃)形成的，标记为HT-CVD的层是使用HT-CVD(形成温度为1000℃)形成的)。CrN层是使用离子电镀法形成的。
使用已知的喷抛处理(磨粒：氧化铝砂石No.120(平均粒径为100μm)，压力：0.3MPa)在被覆基体上实施以下7种处理方法A至G。应该注意的是，在各个处理方法中，使用夹具掩盖指示层中应当被保留的部分。
(处理方法A)
涂层没有经过喷抛处理。因此，在基体的整个表面上显示为指示层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为TiN的金色)。
(处理方法B)
涂层经过喷抛处理，从而除去包括刀刃在内的前刀面上的指示层。因此包括刀刃在内的后刀面显示为指示层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为TiN的金色)，而前刀面显示为底层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为Al2O3的黑色)(参见图6，在图6中，尽管指示层13停止于前刀面2之前而没有进入前刀面2，但是本文所述的处理方法包括这样的情况：指示层13以进入前刀面2的方式形成)。
(处理方法C)
涂层经过喷抛处理，从而除去包括刀刃在内的整个后刀面上的指示层。因此前刀面显示为指示层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为TiN的金色)，并且包括刀刃在内的整个后刀面显示为底层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为Al2O3的黑色)(参见图7，在图7中，尽管指示层13停止于后刀面3之前而没有进入后刀面3，但是本文所述的处理方法包括这样的情况：指示层13以进入后刀面3的方式形成)。
(处理方法D)
涂层经过喷抛处理，从而除去在后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.5mm至0.9mm的宽度)中和前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的0.5mm至0.9mm的宽度)中的指示层。因此，除了后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.5mm至0.9mm的宽度)之外的区域A2和除了前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的0.5mm至0.9mm的宽度)之外的区域B2均显示出指示层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为TiN的金色)；而后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.5mm至0.9mm的宽度)和前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的0.5mm至0.9mm的宽度)均显示出底层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为Al2O3的黑色)(参见图5)。0.5mm至0.9mm的宽度表示平均值，该平均值在这个范围内的原因是因为，尽管尽可能精确地进行掩盖，但是由于喷抛处理等的影响，所以很难保持恒定的宽度，并且产生的误差也不能消除。在此，图8是示出根据本例子的被覆切削刀头的一个锐角转角部分的平面示意图，图9是沿图8中IX-IX线的示意性剖视图(即，在锐角转角被二等分的位置处的示意性剖视图)。在此，在相应于图9的部分(下文中，该部分被称为R/2位置)处的区域A1的宽度为0.6mm，区域B1的宽度为0.7mm(注意：图9中，A1、A2、B1和B2的代号涉及下文将要说明的处理方法E的情况，并且它们的单位是mm)。尽管有多个这样的R/2位置，但是区域A1和区域B1中每个区域的宽度在所有的R/2位置处不是完全相同的，而所述值是表示在一个R/2位置处的值(这一点在以下的表面粗糙度的测量中和处理方法E、F中可以同样地理解)。
(处理方法E)
涂层经过喷抛处理，从而除去后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.2mm至0.7mm的宽度)中和前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的1.5mm至2.2mm的宽度)中的指示层。因此，除了后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.2mm至0.7mm的宽度)之外的区域A2和除了前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的1.5mm至2.2mm的宽度)之外的区域B2均显示出指示层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为TiN的金色)；而后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.2mm至0.7mm的宽度)和前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的1.5mm至2.2mm的宽度)均显示出底层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为Al2O3的黑色)(参见图5)。0.2mm至0.7mm以及1.5mm至2.2mm的宽度表示平均值，该平均值在这个范围内的原因与上述处理方法D中的原因相同。在此，在R/2位置处的区域A1的宽度为0.3mm，在R/2位置处的区域B1的宽度为2.0mm。
(处理方法F)
涂层经过喷抛处理，从而除去后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.4mm至2.8mm的宽度)中和前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的1.5mm至2.9mm的宽度)中的指示层。因此，除了后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.4mm至2.8mm的宽度)之外的区域A2和除了前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的1.5mm至2.9mm的宽度)之外的区域B2均显示出指示层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为TiN的金色)；而后刀面上的区域A1(其具有从刀刃延伸出的0.4mm至2.8mm的宽度)和前刀面上的区域B1(其具有从刀刃延伸出的1.5mm至2.9mm的宽度)均显示出底层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为Al2O3的黑色)  (参见图5)。0.4mm至2.8mm以及1.5mm至2.9mm的宽度表示平均值，该平均值在这个范围内的原因与上述处理方法D中的原因相同。在此，在R/2位置处的区域A1的宽度为1.0mm，在R/2位置处的区域B1的宽度为2.0mm。
(处理方法G)
涂层经过喷抛处理，从而除去基体整个表面上的指示层。因此，基体的整个表面(包括前刀面和后刀面)都显示出底层的颜色(例如，在涂层No.1的情况下显示出颜色为Al2O3的黑色)。
在下表2至4中，列出了至此制成的49个被覆切削刀头No.1至49。No.4、5、6、11、12、13、18、19、20、25、26、27、32、33、34、39、40、41、46、47和48代表本发明的实施例，其它代表对比例。
然后，在以下条件下，对这些被覆切削刀头No.1至49进行车削-切削试验，从而测量加工材料的表面相对粗糙度和被覆切削刀头的后刀面磨损量。此外，观察加工材料与刀刃的粘附状态、加工材料的加工表面的状态、以及在进行30分钟的切削后识别刀刃使用状态的容易程度。下表2至4示出了结果。加工材料的表面相对粗糙度(Rz：在JIS B0601：2001中定义)越小，表明平整度越好；后刀面的磨损量越小，表明耐磨性越好。此外，粘附到刀刃上的加工材料的量越多，表明加工材料的表面相对粗糙度越差；加工材料的加工表面的状态越接近镜面，表明状态越有利。
(车削-切削试验条件)
加工材料：SCM415
切削速度：115m/分钟
进给量：0.135mm/转
切削深度：1.2mm
切削油：没有使用
切削时间：30分钟
表2
 被覆切削刀头No.   涂层No.     处理方法     残余应力(GPa) 后刀面磨损量(mm) 加工材料的表面相对粗糙度Rz(μm)   加工材料与刀刃的粘附状态 加工材料的加工表面的状态 刀刃的使用状态的识别
 1   1     A     0.2 0.157 5.4   显著 模糊 容易
 2   1     B     0.2 0.158 5.4   显著 模糊 容易
 3   1     C     -0.6 0.131 2.9   (注1) (注2) 容易
*  4   1     D     -0.6 0.101 2.0   无 接近镜面 容易
*  5   1     E     -0.7 0.100 2.2   无 接近镜面 容易
*  6   1     F     -0.7 0.103 2.1   无 接近镜面 容易
 7   1     G     -0.6 0.103 2.1   无 接近镜面 困难
 8   2     A     0.3 0.151 5.3   显著 模糊 容易
 9   2     B     0.3 0.150 5.3   显著 模糊 容易
 10   2     C     -0.3 0.136 3.0   (注1) (注2) 容易
*  11   2     D     -0.3 0.113 2.2   无 接近镜面 容易
*  12   2     E     -0.3 0.115 2.2   无 接近镜面 容易
*  13   2     F     -0.4 0.112 2.3   无 接近镜面 容易
 14   2     G     -0.3 0.113 2.2   无 接近镜面 困难
 15   3     A     0.2 0.134 6.2   显著 模糊 容易
 16   3     B     0.2 0.135 6.0   显著 模糊 容易
 17   3     C     -0.3 0.087 3.8   (注1) (注2) 容易
*  18   3     D     -0.4 0.088 2.8   无 接近镜面 容易
*  19   3     E     -0.4 0.085 2.8   无 接近镜面 容易
*  20   3     F     -0.3 0.086 2.7   无 接近镜面 容易
 21   3     G     -0.3 0.085 2.8   无 接近镜面 困难
(注1)轻微粘附前刀面
(注2)基本接近镜面
表3
  被覆切削刀头No.   涂层No.     处理方法     残余应力(GPa)     后刀面磨损量(mm)   加工材料的表面相对粗糙度Rz(μm) 加工材料与刀刃的粘附状态 加工材料的加工表面的状态 刀刃的使用状态的识别
  22   4     A     0.2     0.141   5.4 显著 模糊 容易
  23   4     B     0.3     0.141   5.5 显著 模糊 容易
  24   4     C     -0.9     0.126   3.1 (注1) (注2) 容易
*   25   4     D     -0.8     0.101   2.3 无 接近镜面 容易
*   26   4     E     -0.8     0.099   2.2 无 接近镜面 容易
*   27   4     F     -0.9     0.091   2.2 无 接近镜面 容易
  28   4     G     -0.8     0.091   2.3 无 接近镜面 困难
  29   5     A     0.2     0.095   5.4 显著 模糊 容易
  30   5     B     0.3     0.095   5.4 显著 模糊 容易
  31   5     C     -1.1     0.088   2.9 (注1) (注2) 容易
*   32   5     D     -1.0     0.055   2.0 无 接近镜面 容易
*   33   5     E     -1.2     0.056   2.0 无 接近镜面 容易
*   34   5     F     -1.1     0.055   2.1 无 接近镜面 容易
  35   5     G     -1.2     0.056   2.1 无 接近镜面 困难
(注1)轻微粘附前刀面
(注2)基本接近镜面
表4
被覆切削刀头No.   涂层No.     处理方法     残余应力(GPa)     后刀面磨损量(mm)   加工材料的表面相对粗糙度Rz(μm)   加工材料与刀刃的粘附状态 加工材料的加工表面的状态 刀刃的使用状态的识别
36   6     A     0.2     0.103   5.3   显著 模糊 容易
37   6     B     0.2     0.114   5.4   显著 模糊 容易
38   6     C     -2.3     0.105   2.7   (注1) (注2) 容易
* 39   6     D     -2.1     0.061   2.1   无 接近镜面 容易
* 40   6     E     -2.2     0.058   2.0   无 接近镜面 容易
* 41   6     F     -2.2     0.059   2.0   无 接近镜面 容易
42   6     G     -2.3     0.060   2.1   无 接近镜面 困难
43   7     A     0.3     0.133   5.7   显著 模糊 容易
44   7     B     0.2     0.131   5.7   显著 模糊 容易
45   7     C     -2.6     0.115   3.1   (注1) (注2) 容易
* 46   7     D     -2.5     0.091   2.0   无 接近镜面 容易
* 47   7     E     -2.4     0.090   2.1   无 接近镜面 容易
* 48   7     F     -2.5     0.089   2.1   无 接近镜面 容易
49   7     G     -2.6     0.089   2.1   无 接近镜面 困难
(注1)轻微粘附前刀面
(注2)基本接近镜面
在表2至4中，用“*”标记的刀头表示本发明的实施例。无论涂层的种类如何，底层的最外层都显示为黑色，指示层中使用的TiN显示为金色，指示层中使用的ZrN显示为白金色，指示层中使用的TiCN显示为粉红色，指示层中使用的CrN显示为银色。至于残余应力，示出的是通过使用上述sin2ψ法获得的在距刀刃0.3mm的区域A1中的10点平均值。应该注意的是，对涂层No.1、4、5、6和7而言，测量了α-Al2O3层中的残余应力，对涂层No.2和3而言，测量了κ-Al2O3层中的残余应力。
从表2至4清楚可见，在代表本发明实施例的被覆切削刀头No.4、5、6、11、12、13、18、19、20、25、26、27、32、33、34、39、40、41、46、47和48中，对刀刃的使用状态进行识别是容易的，这些刀头具有优异的引人注意的作用。此外，在这些被覆切削刀头中，没有观察到加工材料粘附到刀刃上，切削后加工材料的状态接近于镜面，并且加工材料的表面相对粗糙度也是优异的。当将区域A1的表面相对粗糙度Ra设定为A1μm、区域A2的表面相对粗糙度Ra设定为A2μm、区域B1的表面相对粗糙度Ra设定为B1μm、区域B2的表面相对粗糙度Ra设定为B2μm时，在所有这些根据本发明实施例的被覆切削刀头中，都满足0.8＞A1/A2且0.8＞B1/B2的关系(测量方法与下文描述的No.5的测量方法相同)。
与此形成对比的是，在被覆切削刀头No.1、2、8、9、15、16、22、23、29、30、36、37、43和44中，尽管可以识别刀刃的使用状态，但是观察到大量的加工材料粘附到刀刃上，切削后的加工材料是模糊状态的，并且加工材料的表面相对粗糙度也较差。此外，尽管与被覆切削刀头No.1、2、8、9、15、16、22、23、29、30、36、37、43和44相比，在被覆切削刀头No.3、10、17、24、31、38和45中，加工材料的粘附的量大幅减少，但是观察到在前刀面上有少许的粘附。尽管在被覆切削刀头No.7、14、21、28、35、42和49中，切削后加工材料的状态良好，但是难以识别刀刃的使用状态。也就是说，这些被覆切削刀头不具有引人注意的作用。
同样，在与上述被覆切削刀头No.34的制造方法相同的制造方法中，通过使用不同形式的喷抛处理进行处理或通过使用刷光处理(使用SiC刷子#800)代替喷抛处理来进行处理，从而得到被覆切削刀头No.34-2至34-7，其中所述的不同形式的喷抛处理是通过改变在区域A1和区域B1上的喷抛处理条件(处理时间以及工件(被覆切削刀头)和喷嘴之间的距离)而实现的。即，这些被覆切削刀头No.34和34-2至34-7在区域A1和区域B1具有彼此不同的残余应力。在此，按照上述相同的方式测量残余应力。
类似地，对于被覆切削刀头No.40，向区域A1和区域B1提供不同的残余应力，从而得到下表5中所示的被覆切削刀头(No.40-2至40-7)。
在上述相同的条件下，对这些被覆切削刀头进行车削-切削试验，从而测量出后刀面的磨损量。此外，在以下条件下进行断续切削试验，从而计算直到刀刃碎裂时所进行的冲击次数。下表5示出了结果。在此，冲击次数越多，表明韧性越好(抗碎裂性)。
(断续切削试验条件)
加工材料：SCM440(4开槽圆棒)
切削速度：185m/分钟
切削深度：1.5mm
进给量：0.34mm/转
湿式/干式：湿式
表5
  被覆切削刀头No. 喷抛处理/刷光处理(注1)   区域A1中的残余应力(GPa)   区域B1中的残余应力(GPa)     后刀面磨损量(mm)   断续切削试验(次数)
*   34 喷抛处理   -1.1   -1.4     0.055   7163
  34-2 喷抛处理   0.1   0.1     0.056   926
*   34-3 喷抛处理   -0.9   0.1     0.058   4986
*   34-4 喷抛处理   -1.1   -1.0     0.057   6968
*   34-5 喷抛处理   -2.4   -3.0     0.055   10260
  34-6 刷光处理   0.1   0.2     0.057   816
*   34-7 刷光处理   -0.2   -0.2     0.057   3513
*   40 喷抛处理   -2.2   -2.3     0.058   9018
  40-2 喷抛处理   0.1   0.1     0.057   1011
*   40-3 喷抛处理   -0.8   0.1     0.059   5077
*   40-4 喷抛处理   0.1   -0.8     0.058   6273
*   40-5 喷抛处理   -3.2   -3.3     0.055   12352
  40-6 刷光处理   0.1   0.2     0.057   1008
*   40-7 刷光处理   -0.2   -0.2     0.058   4113
(注1)示出的是在向区域A1和区域B1提供残余应力时是采用喷抛处理还是刷光处理。
在No.34-7和40-7中，在使用刷光处理除去指示层后，使用喷抛处理来提供压缩残余应力。
在左边栏中的标记“*”表示本发明的实施例。
由表5清楚可见，当构成底层的至少一层在上述区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力时，表现出优异的韧性。此外，可以看出，随着压缩残余应力变大，表现为韧性更好，并且当向上述区域A1和区域B1中都提供压缩残余应力时，表现为韧性更好。
在上述结果的基础上，与各个对比例中的被覆切削刀头相比，显然，根据本发明实施例的被覆切削刀头具有优异的效果。尽管本发明的实施例显示为形成有断屑槽的被覆切削刀头，但是本发明的实施例对于没有形成有断屑槽的被覆切削刀头也是有效的。
此外，在与上述被覆切削刀头No.5的制造方法相同的制造方法中，通过在经改变的用于向区域A1和区域B1进行喷抛处理的条件(处理时间以及工件(被覆切削刀头)和喷嘴之间的距离)下，采用喷抛处理进行处理，从而制出区域A1、区域A2、区域B1和区域B2的表面相对粗糙度Ra如表6所示的、根据本发明的被覆切削刀头No.5-2、5-3和5-4。在此，通过使用激光显微镜(VK-8510，由基恩士株式会社制造)测量表面相对粗糙度Ra。在上述R/2位置处进行测量。在区域A1中，在对应于由刀刃开始的区域A1的宽距(宽度)的1/2的位置(即，A1区域的中心部分)处进行测量；在区域A2中，在区域A2内的位置处进行测量，该位置距区域A1和区域A2间的界线的距离等于区域A1的宽距(宽度)的1/2。类似地，在区域B1中，在对应于由刀刃开始的区域B1的宽距(宽度)的1/2的位置(即，区域B1的中心部分)处进行测量；在区域B2中，在区域B2内的位置处进行测量，该位置距区域B1和区域B2间的界线的距离等于区域B1的宽距(宽度)的1/2。在此，将测量距离设定为100μm。
在与上述相同的条件下，对这些被覆切削刀头No.5、5-2、5-3和5-4进行车削-切削试验，从而按照与上述相同的方式测量加工材料的表面相对粗糙度Rz。表6示出了结果。
表6
  被覆切削刀头No.            表面相对粗糙度Ra A1/A2 B1/B2  加工材料的表面相对粗糙度(Rz)
  区域A1A1μm   区域A2A2μm   区域B1B1μm   区域B2B2μm
  5   0.17   0.33   0.16   0.32   0.52   0.50  2.0
  5-2   0.33   0.34   0.36   0.37   0.97   0.97  2.7
  5-3   0.28   0.36   0.26   0.33   0.78   0.79  2.3
  5-4   0.08   0.29   0.07   0.27   0.28   0.26  1.6
由表6清楚可见，当将区域A1、A2、B1和B2的表面相对粗糙度分别设定为A1μm、A2μm、B1μm和B2μm时，A1/A2和B1/B2的值越小，加工材料的表面相对粗糙度Rz越好。
在这些结果的基础上，为了抑制发生在加工材料和被覆切削刀头之间的粘附现象，并且为了防止加工材料的外观被损害，当将区域A1、A2、B1和B2的表面相对粗糙度分别被设定为A1μm、A2μm、B1μm和B2μm时，有效的是满足1.0＞A1/A2以及1.0＞B1/B2的关系。更有效的是使A1/A2和B1/B2值更小，从而满足0.8＞A1/A2以及0.8＞B1/B2的关系，再进一步满足0.6＞A1/A2以及0.6＞B1/B2的关系。
采用在涂层No.7中使用的已知的溅射处理，以类似的方式制造被覆切削刀头，不同之处在于形成金属Cr涂层或金属Al涂层来代替相同厚度的CrN层作为指示层。按照与上述相同的方式处理这种被覆切削刀头，并对其进行类似的车削-切削试验。然后证实，得到了与被覆切削刀头43-49相同的结果。应该注意的是，由金属Cr或金属Al构成的指示层的颜色是银色的。
<例2>
对组成为88质量％的WC、2.0质量％的TaC和10.0质量％的Co的原料粉末进行压制，然后将所得物质在真空气氛、1400℃温度的条件下烧结1小时。此后，对所得烧结物进行平面抛光处理，并使用SiC刷子对刀刃进行刀刃处理(从前刀面一侧磨去0.05mm的宽度)，由此制成了由硬质合金构成的、形状与切削刀头ISO型号SPGN120408相同的刀头。使用这种刀头作为基体。该基体不具有形成于表面上的脱贝它(β)层，并且该基体具有2个前刀面和4个后刀面。前刀面和后刀面彼此连接，刀刃(由于上述刀刃处理而成为虚构的脊)位于它们之间。共有8个刀刃。
使用已知的热CVD在基体的整个表面上相继形成以下所列的层。具体而言，基体表面相继涂敷厚度为0.4μm的TiN、厚度为2.0μm的TiCN(使用MT-CVD形成)、厚度为2.1μm的α-氧化铝(α-Al2O3)以及作为最外层的厚度为0.5μm的TiN(总厚度为5.0μm)。在所形成的涂层(被称为涂层No.8)中，厚度为0.4μm的TiN(在基体表面侧)、厚度为2.0μm的TiCN和厚度为2.1μm的α-氧化铝(α-Al2O3)作为底层，作为最外层的厚度为0.5μm的TiN作为指示层。
类似地，将下表7中的涂层No.9至13分别代替涂层No.8涂敷在基体的整个表面上。
表7
 No.  涂层
 底层 指示层 总厚度
 8  TiN(0.4μm)/TiCN(MT-CVD，2.0μm)/α-Al2O3(2.1μm) TiN(0.5μm) 5.0μm
 9  TiC(0.4μm)/TiCN(MT-CVD，3.2μm)/TiBN(0.5μm)/κ-Al2O3(1.2μm) TiN(0.4μm) 5.7μm
 10  TiN(0.1μm)/TiCN(MT-CVD，2.5μm)/TiCN(HT-CVD，1.0μm)/TiBN(0.1μm)/κ-Al2O3(2.0μm) TiN(0.4μm) 6.1μm
 11  TiAlN(2.2μm)/α-Al2O3(1.8μm) TiN(0.4μm) 4.4μm
 12  CrAlN(3.0μm)/κ-Al2O3(1.2μm) TiCN(0.3μm) 4.5μm
 13  TiN(0.3μm)/TiAlN(3.2μm) TiCN(0.3μm) 3.8μm
依次从上表7示出的左侧的那一层开始，在基体的表面上堆叠底层中的各层。按照涂层No.8的情况，使用已知的热CVD形成涂层No.9和10。使用已知的PVD形成涂层No.11至13。
通过对各个被覆基体实施如例1中相同的处理方法A至G，制成下表8至9中的42个被覆切削刀头No.50至91。No.53、54、55、60、61、62、67、68、69、74、75、76、81、82、83、88、89和90代表本发明的实施例，其它的代表对比例。
然后，在以下条件下，对这些被覆切削刀头No.50至91进行铣削-切削试验，从而测量加工材料的表面相对粗糙度和被覆切削刀头后刀面的磨损量。下表8和9示出了结果。加工材料的表面相对粗糙度(Rz：JIS B0601：2001)越小，表明平整度越有利，后刀面的磨损量越小，表明耐磨性越好。
(铣削-切削试验条件)
加工材料：FC250
切削速度：173m/分钟
进给量：0.275mm/转
切削深度：1.2mm
切削油：没有使用
切削距离：10m
使用一个连接于切削机上的被覆切削刀头进行上述试验。
表8
  被覆切削刀头No.   涂层No.     处理方法     残余应力(GPa)   后刀面磨损量(mm)   加工材料的表面相对粗糙度Rz(μm)   加工材料与刀刃的粘附状态   加工材料的加工表面的状态 刀刃的使用状态的识别
  50   8     A     0.2   0.100   9.4   显著   模糊 容易
  51   8     B     0.3   0.101   9.4   显著   模糊 容易
  52   8     C     -0.9   0.083   7.3   (注1)   (注2) 容易
*   53   8     D     -0.8   0.071   5.5   无   接近镜面 容易
*   54   8     E     -0.8   0.070   5.4   无   接近镜面 容易
*   55   8     F     -0.9   0.071   5.3   无   接近镜面 容易
  56   8     G     -0.8   0.071   5.4   无   接近镜面 困难
  57   9     A     0.2   0.135   9.3   显著   模糊 容易
  58   9     B     0.2   0.135   8.9   显著   模糊 容易
  59   9     C     -0.6   0.121   6.7   (注1)   (注2) 容易
*   60   9     D     -0.5   0.093   5.3   无   接近镜面 容易
*   61   9     E     -0.5   0.092   5.2   无   接近镜面 容易
*   62   9     F     -0.6   0.092   5.2   无   接近镜面 容易
  63   9     G     -0.5   0.092   5.2   无   接近镜面 困难
  64   10     A     0.3   0.125   9.6   显著   模糊 容易
  65   10     B     0.3   0.126   9.5   显著   模糊 容易
  66   10     C     -0.7   0.113   7.4   (注1)   (注2) 容易
*   67   10     D     -0.8   0.075   5.7   无   接近镜面 容易
*   68   10     E     -0.7   0.074   5.6   无   接近镜面 容易
*   69   10     F     -0.7   0.074   5.7   无   接近镜面 容易
  70   10     G     -0.7   0.074   5.6   无   接近镜面 困难
(注1)轻微粘附前刀面
(注2)基本接近镜面
表9
  被覆切削刀头No.   涂层No.   处理方法     残余应力(GPa)     后刀面磨损量(mm)   加工材料的表面相对粗糙度Rz(μm)   加工材料与刀刃的粘附状态   加工材料的加工表面的状态 刀刃的使用状态的识别
  71   11   A     -2.3     0.089   7.6   显著   模糊 容易
  72   11   B     2.1     0.089   7.5   显著   模糊 容易
  73   11   C     -2.9     0.075   6.2   (注1)   (注2) 容易
*   74   11   D     -2.8     0.055   4.6   无   接近镜面 容易
*   75   11   E     -2.9     0.054   4.6   无   接近镜面 容易
*   76   11   F     -2.8     0.055   4.7   无   接近镜面 容易
  77   11   G     -2.7     0.054   4.7   无   接近镜面 困难
  78   12   A     -2.1     0.096   7.0   显著   模糊 容易
  79   12   B     -2.2     0.095   6.9   显著   模糊 容易
  80   12   C     -2.8     0.083   5.9   (注1)   (注2) 容易
*   81   12   D     -2.7     0.066   4.9   无   接近镜面 容易
*   82   12   E     -2.8     0.065   4.8   无   接近镜面 容易
*   83   12   F     -2.7     0.064   4.8   无   接近镜面 容易
  84   12   G     -2.8     0.064   4.8   无   接近镜面 困难
  85   13   A     -2.5     0.097   8.1   显著   模糊 容易
  86   13   B     -2.6     0.098   8.2   显著   模糊 容易
  87   13   C     -3.3     0.085   6.8   (注1)   (注2) 容易
*   88   13   D     -3.2     0.058   5.0   无   接近镜面 容易
*   89   13   E     -3.3     0.057   4.9   无   接近镜面 容易
*   90   13   F     -3.3     0.058   4.9   无   接近镜面 容易
  91   13   G     -3.2     0.057   4.9   无   接近镜面 困难
(注1)轻微粘附前刀面
(注2)基本接近镜面
在表8至9中，用“*”标记的刀头表示本发明的实施例。无论涂层的种类如何，底层的最外层都显示为黑色，指示层中使用的TiN显示为金色，指示层中使用的TiCN显示为粉红色。至于残余应力，示出的是通过使用上述sin2ψ法获得的在距刀刃0.3mm的区域A1中的10点平均值。应该注意的是，对涂层No.8和11而言，测量了α-Al2O3层中的残余应力；对涂层No.9、10和12而言，测量了κ-Al2O3层中的残余应力；对涂层No.13而言，测量了TiAlN层中的残余应力。
从表8和9清楚可见，在代表本发明实施例的被覆切削刀头No.53、54、55、60、61、62、67、68、69、74、75、76、81、82、83、88、89和90中，对刀刃的使用状态进行识别是容易的，这些刀头具有优异的引人注意的作用。此外，在这些被覆切削刀头中，没有观察到加工材料粘附到刀刃上，切削后加工材料的状态接近于镜面，并且加工材料的表面相对粗糙度也是优异的。当将区域A1的表面相对粗糙度Ra设定为A1μm、区域A2的表面相对粗糙度Ra设定为A2μm、区域B1的表面相对粗糙度Ra设定为B1μm、区域B2的表面相对粗糙度Ra设定为B2μm时，在所有这些根据本发明实施例的被覆切削刀头中，都满足0.8＞A1/A2且0.8＞B1/B2的关系(测量方法与例1的测量方法相同)。
与此形成对比的是，在被覆切削刀头No.50、51、57、58、64、65、71、72、78、79、85和86中，尽管可以识别刀刃的使用状态，但是观察到大量的加工材料粘附到刀刃上，切削后的加工材料是模糊状态的，并且加工材料的表面相对粗糙度也较差。此外，尽管与被覆切削刀头No.50、51、57、58、64、65、71、72、78、79、85和86相比，在被覆切削刀头No.52、59、66、73、80和87中，加工材料的粘附的量大幅减少，但是观察到在前刀面上有少许的粘附。尽管在被覆切削刀头No.56、63、70、77、84和91中，切削后加工材料的状态良好，但是难以识别刀刃的使用状态。也就是说，这些被覆切削刀头不具有引人注意的作用。
同时，在与上述被覆切削刀头No.53的制造方法相同的制造方法中，通过使用不同形式的喷抛处理进行处理或通过使用刷光处理(使用SiC刷子#800)代替喷抛处理来进行处理，从而得到被覆切削刀头No.53-2至53-8，其中所述的不同形式的喷抛处理是通过改变在区域A1和区域B1上的喷抛处理条件(处理时间以及工件(被覆切削刀头)和喷嘴之间的距离)而实现的。即，这些被覆切削刀头No.53和53-2至53-8在区域A1和区域B1具有彼此不同的残余应力。在此，按照上述相同的方式测量残余应力。
类似地，对于被覆切削刀头No.75，向区域A1和区域B1提供不同的残余应力，从而得到下表10中所示的被覆切削刀头(No.75-2和75-3)。
在上述相同的条件下，对这些被覆切削刀头进行铣削-切削试验，从而测量出后刀面的磨损量。此外，在以下条件下进行韧性-切削试验，从而测量出后刀面的磨损量。下表10示出了结果。在此，韧性-切削试验中后刀面的磨损量越小，表示韧性(抗碎裂性)越好。
(韧性-切削试验条件)
加工材料：SCM440(开缝)
切削速度：300m/分钟
切削深度：1.5mm
进给量：0.40mm/转
切削油：没有使用
切削时间：5分钟(No.53和53-2至53-8)
          10分钟(No.75和75-2至75-3)
表10
被覆切削刀头No. 喷抛处理/刷光处理(注1) 区域A1中的残余应力(GPa) 区域B1中的残余应力(GPa)  铣削-切削试验(mm) 韧性-切削试验(mm)
* 53 喷抛处理 -0.8 -0.7  0.071 4分钟时碎裂
53-2 喷抛处理 0.2  0.2  1m处碎裂 5秒钟时碎裂
* 53-3 喷抛处理 -0.9  0.1  9m处碎裂 3分钟时碎裂
* 53-4 喷抛处理 -2.1 -2.2  0.067 0.034
* 53-5 喷抛处理 -3.1 -3.4  0.068 0.033
* 53-6 喷抛处理 0.1 -0.8  11m处碎裂 3分30秒时碎裂
53-7 刷光处理 0.1  0.1  1m处碎裂 4秒钟时碎裂
* 53-8 刷光处理 -0.2 -0.2  5m处碎裂 2分钟时碎裂
* 75 喷抛处理 -2.9 -2.8  0.054 7分钟时碎裂
* 75-2 喷抛处理 -4.1 -3.9  0.053 8分钟时碎裂
* 75-3 喷抛处理 -5.8 -5.1  0.052 0.105
(注1)示出的是在向区域A1和区域B1提供残余应力时是采用喷抛处理还是刷光处理。
在No.53-8中，在使用刷光处理除去指示层后，使用喷抛处理来提供压缩应力。
在左边栏中的标记“*”表示本发明的实施例。
由表10清楚可见，当构成底层的至少一层在上述区域A1和/或区域B1中具有压缩残余应力时，表现出优异的韧性。此外，可以看出，随着压缩残余应力变大，表现为韧性更好，并且当向上述区域A1和区域B1中都提供压缩残余应力时，表现为韧性更好。
在上述结果的基础上，与各个对比例中的被覆切削刀头相比，显然的是，根据本发明实施例的被覆切削刀头具有优异的效果。
尽管上文已经说明了本发明的实施方案和实施例，但是上述实施方案和实施例的合适的组合也是最初就有的意图。
应该理解的是，本文所披露的实施方案和例子在所有情况下都是示例性的，而不是限定性的。本发明的范围不是由以上的说明书限定的，而是由权利要求书限定的，并且旨在包括与权利要求书等同的范围或含义内的任何修改。

Claims (15)

1.一种被覆切削刀头，该被覆切削刀头包含：
基体(8)；
底层(12)，其形成于所述基体(8)上；以及
指示层(13)，其形成于所述底层(12)的一部分上；其中
所述基体(8)具有至少一个用作前刀面(2)的表面和至少一个用作后刀面(3)的其它表面，所述前刀面(2)和所述后刀面(3)彼此相连，刀刃(4)位于它们之间，
所述底层(12)的颜色不同于所述指示层(13)的颜色，
所述指示层(13)在所述后刀面(3)上在所述底层(12)的除了区域A1之外的区域A2的整个表面或部分表面上形成、以及在所述前刀面(2)上在所述底层(12)的除了区域B1之外的区域B2的整个表面或部分表面上形成，其中所述区域A1具有从所述刀刃(4)延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度，所述区域B1具有从所述刀刃(4)延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm的宽度，以及
在所述区域A1和所述区域B1中，所述底层(12)暴露在表面上，并且构成所述的暴露的底层(12)的至少一层在所述区域A1和/或所述区域B1中具有压缩残余应力。
2.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述的压缩残余应力是绝对值为至少0.1GPa的应力。
3.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述的底层(12)的最外层由Al2O3层或含Al2O3的层构成。
4.根据权利要求3所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述的Al2O3层或所述含Al2O3的层暴露在所述区域A1和所述区域B1的表面上，并且在所述区域A1和/或所述区域B1中具有压缩残余应力。
5.根据权利要求4所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述的压缩残余应力是绝对值为至少0.1GPa的应力。
6.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述的底层(12)是通过化学气相沉积法形成的。
7.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述的底层(12)是通过物理气相沉积法形成的。
8.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其中
当将所述区域A1的表面相对粗糙度Ra设定为A1μm、所述区域A2的表面相对粗糙度Ra设定为A2μm、所述区域B1的表面相对粗糙度Ra设定为B1μm、所述区域B2的表面相对粗糙度Ra设定为B2μm时，满足1.0＞A1/A2以及1.0＞B1/B2的关系。
9.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其具有多个刀刃(4)。
10.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述的指示层(13)是比所述底层(12)更易磨损的层。
11.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述指示层(13)的最外层由这样的层构成，该层由以下物质形成：选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、及Al、Si、Cu、Pt、Au、Ag、Pd、Fe、Co和Ni中的至少一种金属(元素)或含所述金属的合金；或者由选自在日本使用的元素周期表中的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、及Al和Si中的至少一种元素与选自碳、氮、氧和硼中的至少一种元素所形成的化合物。
12.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其中
所述的基体(8)可由硬质合金、金属陶瓷、高速钢、陶瓷、烧结立方氮化硼、烧结金刚石和烧结氮化硅中的任意一种形成。
13.根据权利要求1所述的被覆切削刀头(1)，其用于以下任意一种工艺中：钻削、端铣削、铣削、车削、金工锯加工、齿轮切削工具加工、铰刀加工、丝锥加工和曲轴销铣削。
14.一种被覆切削刀头(1)的制造方法，所述被覆切削刀头(1)包含基体(8)、在所述基体(8)上形成的底层(12)和在部分所述底层(12)上形成的指示层(13)，所述方法包括以下步骤：
在所述基体(8)上形成所述底层(12)；
在所述底层(12)上形成所述指示层(13)，该指示层(13)的颜色不同于所述底层(12)的颜色；以及
除去在所述基体(8)的后刀面(3)上的区域内和所述基体(8)的前刀面(2)上的区域内形成的所述指示层(13)，其中所述基体(8)的后刀面(3)上的所述区域至少包括由所述刀刃(4)延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm宽度的区域A1，所述基体(8)的前刀面(2)上的所述区域至少包括由所述刀刃(4)延伸出的至少0.2mm到小于4.0mm宽度的区域B1。
15.根据权利要求14所述的被覆切削刀头(1)的制造方法，其中
在所述的除去所述指示层(13)的步骤中，使用喷抛处理来除去所述的指示层(13)。
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