CN101497249A

CN101497249A - 切削工具用硬质被膜

Info

Publication number: CN101497249A
Application number: CNA2009100035550A
Authority: CN
Inventors: 佐藤彰; 川村和浩; 山谷乔纪
Original assignee: SUKENO TOOL CO Ltd
Current assignee: SUKENO TOOL CO Ltd
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-15
Also published as: TW200936281A; JP4440980B2; EP2100985A1; JP2009178822A; TWI377100B; CN101497249B

Abstract

本发明提供切削工具用硬质被膜，切削高硬度淬火钢时该被膜具有优异的耐磨损性。该被膜形成在基材上，其特征在于，其包含交替层积第一被膜层和第二被膜层各2层以上形成的多层被膜层，第一被膜层含有至少Al和Cr作为金属成分、含有N作为非金属成分和含有不可避免的杂质，第二被膜层含有至少Ti和Si作为金属和半金属成分、含有N作为非金属成分和含有不可避免的杂质，第一被膜层和第二被膜层各自每一层的膜厚被设定为1～20nm，第二被膜层具有平均粒径为1～20nm的粒状微细结晶和非晶质部混合的组织，用截面TEM法观察多层被膜层时，在1μm×1μm的面积中第二被膜层的10个以上微细结晶进入相邻的第一被膜层内部，进入深度为第一被膜层的膜厚的10％以上。

Description

切削工具用硬质被膜

技术领域

本发明涉及一种切削工具用硬质被膜，该被膜被覆在对高硬度钢进行切削加工等时所使用的工具上。

背景技术

以往，使用TiN、TiCN或TiAlN作为被覆于金属切削用工具上的硬质耐磨损被膜。特别是，以专利文献1和专利文献2为代表的TiAlN系被膜是通过在TiN中添加Al而使硬度和耐热性得到改良的被膜，由于其耐磨损性良好，因此被广泛用作用于加工含有淬火钢的钢铁材料的切削工具用硬质被膜。

但是，近年来需求一种用于实现对具有更高硬度的材料进行切削的工具，提出了使TiAlN系被膜与TiSiN系被膜层积形成的如专利文献3和专利文献4中公开那样的切削工具用硬质被膜。

专利文献1：日本特开昭62-56565号公报

专利文献2：日本特开平2-194159号公报

专利文献3：日本特许第3248897号公报

专利文献4：日本特许第3248898号公报

发明内容

然而，切削以SKD11等为代表的高硬度淬火钢时，即使是上述作为现有技术的含Si多层被膜，其耐磨损性仍不充分，要求开发出一种耐磨损性能得到进一步提高的切削工具用硬质被膜。

鉴于上述现状，本发明人对切削工具用硬质被膜中的被膜组织、被膜层构成及被膜组成进行了研究，结果得到了通过对其被膜组织、被膜层结构及被膜组成进行设计能够解决上述问题这一认识，从而完成了本发明，本发明提供一种切削工具用硬质被膜，该被膜与以往的切削工具用硬质被膜相比，在切削以SKD11等为代表的高硬度淬火钢时耐磨损性得到了提高，实用性极其优异。

下面对本发明的要点进行说明。

本发明涉及一种切削工具用硬质被膜，该硬质被膜是形成在基材上的切削工具用硬质被膜，其特征在于，该硬质被膜包含多层被膜层，该多层被膜层是交替层积第一被膜层和第二被膜层各2层以上而形成的，所述第一被膜层是含有至少Al和Cr作为金属成分、含有N作为非金属成分以及含有不可避免的杂质的被膜层，所述第二被膜层是含有至少Ti和Si作为金属和半金属成分、含有N作为非金属成分以及含有不可避免的杂质的被膜层，所述第一被膜层和所述第二被膜层各自的每一层的膜厚被设定为1nm～20nm，所述第二被膜层具有平均粒径为1nm～20nm的粒状微细结晶和非晶质部混合的组织，用截面TEM法观察所述多层被膜层时，在1μm×1μm的面积中，所述第二被膜层中的10个以上微细结晶进入相邻的所述第一被膜层的内部，进入深度为所述第一被膜层的膜厚的10％以上(第1方案)。

并且，本发明涉及一种切削工具用硬质被膜，该硬质被膜是形成在基材上的切削工具用硬质被膜，其特征在于，该硬质被膜包含多层被膜层，该多层被膜层是交替层积第一被膜层和第二被膜层各2层以上而形成的，所述第一被膜层和所述第二被膜层各自的每一层的膜厚被设定为1nm～20nm，所述第一被膜层中的金属和半金属成分以原子％计时，该第一被膜层表示为Al_(100-x-y-z)Cr_(x)V_(y)B_(z)，其中，20≦x≦40，2≦y≦15，2≦z≦15，所述第一被膜层含有N作为非金属成分，并且含有不可避免的杂质，所述第二被膜层中的金属和半金属成分以原子％计时，该第二被膜层表示为Ti_(100-v-w)Cr_(v)Si_(w)，其中，5≦v≦30，5≦w≦30，所述第二被膜层含有N作为非金属成分，并且含有不可避免的杂质(第2方案)。

此外，本发明还涉及第1方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材与所述多层被膜层之间设有第三被膜层，该第三被膜层的金属成分与所述第一被膜层的金属成分相同(第3方案)。

此外，本发明还涉及第2方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材与所述多层被膜层之间设有第三被膜层，该第三被膜层的金属成分和半金属成分与所述第一被膜层的金属成分和半金属成分相同(第4方案)。

此外，本发明还涉及第3方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Ti为主成分的氮化物或碳氮化物构成，该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm(第5方案)。

此外，本发明还涉及第4方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Ti为主成分的氮化物或碳氮化物构成，该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm(第6方案)。

此外，本发明还涉及第3方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Cr为主成分的氮化物或碳氮化物构成，该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm(第7方案)。

此外，本发明还涉及第4方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Cr为主成分的氮化物或碳氮化物构成，该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm(第8方案)。

此外，本发明还涉及第1～第8方案任一方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述多层被膜层的表层侧设有第五被膜层，该第五被膜层的金属成分和半金属成分与所述第二被膜层的金属成分和半金属成分相同(第9方案)。

此外，本发明还涉及第1～第8方案任一方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述多层被膜层的表层侧设有第五被膜层，该第五被膜层的金属成分或金属成分和半金属成分与所述第一被膜层的金属成分或金属成分和半金属成分相同(第10方案)。

此外，本发明还涉及第9方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，所述基材是由以WC为主成分的硬质粒子和以Co为主成分的结合材料构成的超硬合金，所述WC粒子的平均粒径被设定为0.1μm～2μm，所述Co的含量以重量％计被设定为5％～15％(第11方案)。

此外，本发明还涉及第10方案所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，所述基材是由以WC为主成分的硬质粒子和以Co为主成分的结合材料构成的超硬合金，所述WC粒子的平均粒径被设定为0.1μm～2μm，所述Co的含量以重量％计被设定为5％～15％。

由于本发明具有如上构成，因此第一被膜层与第二被膜层的层间密合性得到提高，从而与以往的切削工具用硬质被膜相比，本发明的切削工具用硬质被膜成为在切削以SKD11等为代表的高硬度淬火钢时耐磨损性得到提高的实用性极其优异的硬质被膜。

附图说明

图1是说明本实施例的多层被膜层的剖面图。

图2是说明本实施例的多层被膜层的放大剖面图。

具体实施方式

下面简单地对本发明的优选的实施方式进行说明，并给出本发明的作用。

由于第二被膜层的微细结晶进入到第一被膜层的内部，并像楔子一样侵入到第一被膜层的内部，因此提高了第一被膜层与第二被膜层的层间密合性，从而提高了对以SKD11等为代表的高硬度淬火钢的耐磨损性。

实施例

下面基于附图来说明本发明的具体的实施例。

本实施例是形成在基材上的切削工具用硬质被膜，该硬质被膜包含多层被膜层，该多层被膜层是交替层积第一被膜层和第二被膜层各2层以上而形成的，所述第一被膜层是含有至少Al和Cr作为金属成分、含有N作为非金属成分以及含有不可避免的杂质的被膜层，所述第二被膜层是含有至少Ti和Si作为金属和半金属成分、含有N作为非金属成分以及含有不可避免的杂质的被膜层，所述第一被膜层和所述第二被膜层各自的每一层的膜厚被设定为1nm～20nm，所述第二被膜层具有平均粒径为1nm～20nm的粒状微细结晶和非晶质部混合的组织，用截面TEM法观察所述多层被膜层时，在1μm×1μm的面积中，所述第二被膜层的10个以上微细结晶进入相邻的所述第一被膜层的内部，进入深度为所述第一被膜层的膜厚的10％以上。

以下对各部进行具体说明。

基材一般采用由以WC(碳化钨)为主成分的硬质粒子和以Co(钴)为主成分的结合材料构成的超硬合金制基材。具体来讲，采用所述WC粒子的平均粒径被设定为0.1μm～2μm、所述Co的含量以重量％计被设定为5％～15％的超硬合金制基材。

在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Ti(钛)为主成分的氮化物或碳氮化物构成。该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm。需要说明的是，作为第四被膜层，也可以采用以Cr(铬)为主成分的氮化物或碳氮化物。这种情况下，也可以将膜厚设定为0.01μm～0.5μm。

在该第四被膜层上设有第三被膜层。设定该第三被膜层的金属成分或金属成分和半金属成分与所述第一被膜层的金属成分或金属成分和半金属成分相同。在本实施例中，如后所述，第一被膜层是含有金属成分和半金属成分的构成，设定第三被膜层的金属成分和半金属成分与第一被膜层的金属成分和半金属成分相同。

在本实施例中，在该第三被膜层上设有交替层积所述第一被膜层和第二被膜层而形成的多层被膜层。

在第一被膜层的构成中，其金属和半金属成分以原子％计时，该第一被膜层表示为Al_(100-x-y-z)Cr_(x)V_(y)B_(z)，其中，20≦x≦40，2≦y≦15，2≦z≦15，所述第一被膜层含有N作为非金属成分，并且含有不可避免的杂质。

并且，在第二被膜层的构成中，其金属和半金属成分以原子％计时，该第二被膜层表示为Ti_(100-v-w)Cr_(v)Si_(w)，其中，5≦v≦30，5≦w≦30，所述第二被膜层含有N作为非金属成分，并且含有不可避免的杂质。在该多层被膜层的表层侧设有第五被膜层，设定该第五被膜层的金属成分、半金属成分和非金属成分，使之与所述第二被膜层的金属成分、半金属成分和非金属成分相同。需要说明的是，也可以设定第五被膜层的金属成分、半金属成分和非金属成分，使之与所述第一被膜层的金属成分、半金属成分和非金属成分相同。

下面说明采用上述构成的理由和上述构成所带来的作用效果。

首先，对Al-Cr-N系被膜和Ti-Si-N系被膜的特征和问题进行说明。在日本特许第3039381号公报等中提出的Al-Cr-N被膜是基于以往被广泛用作切削工具用硬质被膜的Ti-Al-N被膜，用CrN作为基底来代替TiN，因此提高了耐热性，尽管其耐热性高且韧性较高，但是硬度略低，在切削以SKD11等为代表的高硬度淬火钢时耐磨损性尚不充分。另一方面，根据Veprek等(S.Christiansen，M.Albrecht，H.P.Strunk，and S.Veprek，J.Vac.Sci.Technol.B16(1)，Jan/Feb 1998.)，Ti-Si-N被膜是粒状的TiN微细结晶和Si-N非晶质部混合的组织，能够得到非常高的硬度，而且其耐热性也高。但是，尽管该被膜的硬度和耐热性高，但其韧性略低，因此在对高硬度被切削材料进行切削时，有时在刃口产生微小的卷刃。本发明人认为，通过将Al-Cr-N系被膜的薄层和Ti-Si-N系被膜的薄层进行层积能够弥补两者的缺点，从而能够提高对高硬度被切削材料的耐磨损性，并对此进行了研究。

本发明人对Al-Cr-N系被膜层和Ti-Si-N系被膜层的层积被膜进行了在各种成膜条件下制作被膜的研究，结果发现，被膜层积部内的层间密合性的好坏对被覆工具的耐磨损性影响很大。即，若被膜层积部内的层间密合性好，则能够得到对高硬度被切削材料良好的耐磨损性，但是若被膜层积部内的层间密合性差，则成为伴有微小卷刃的工具磨损形态，得不到足够的耐磨损性。通常认为，后者的被覆工具在层积部内产生微小破损，该破损成为起点，使工具磨损加剧。通过截面TEM法观察层积部发现，耐磨损性良好的被膜中Ti-Si-N系被膜层内的微细结晶的一部分侵入到相邻的Al-Cr-N系被膜层中。据认为，通过使微细结晶侵入到相邻层，能够提高被膜层积部内的层间的密合性，其结果，被覆工具的耐磨损性变得良好。本实施例基于该结果，通过控制被膜组织使得Ti-Si-N系被膜层内的微细结晶的一部分侵入到相邻的Al-Cr-N系被膜层中，来提高被膜层积部内的层间的密合性，从而提供一种耐磨损性优异的切削工具用多层型硬质被膜。当侵入的微细结晶数少或者侵入的深度浅时，不能充分提高层间的密合性，因此，通过截面TEM法观察层积部(多层被膜层)时，优选在1μm×1μm的面积中，第二被膜层的10个以上微细结晶侵入相邻的第一被膜层的内部，侵入深度为第一被膜层的膜厚的10％以上。关于在怎样的成膜条件下会出现微细结晶侵入到相邻层的现象，有待于今后进行系统的研究，不过，通常认为成膜温度、成膜粒子的能量对此影响较大。

接下来，对第一被膜层和第二被膜层各自的每一层的膜厚进行说明。若每一层的膜厚小于1nm，则难以在第二被膜层内产生微细结晶，从而难以得到微细结晶和非晶质部混合的组织。另一方面，若每一层的膜厚大于20nm，则第二被膜层变得过厚，不能充分提高层积被膜整体的韧性。此外，第一被膜层也是如此，若被膜层过薄，则层积被膜整体的韧性不高，若被膜层过厚，则层积被膜整体的硬度降低。基于以上方面，第一被膜层和第二被膜层各自的每一层的膜厚优选为1nm～20nm。

接着，对第二被膜层内的微细结晶的平均粒径进行说明。若平均粒径过大，则微细结晶容易发生塑性变形，从而被膜的硬度下降。另一方面，若平均粒径过小，则微细结晶的表面积变得过大，从而非晶质部难以稳定地分散在晶粒间。因此，微细结晶的平均粒径的值优选为1nm～20nm。

接着，对第一被膜层的组成进行说明。在本实施例中，含有至少Al和Cr作为金属和半金属成分、含有N作为非金属成分，将这种组成作为发明的范围，AlCrN为基底。本发明人对在AlCrN被膜中加入各种第3元素后形成的被膜进行研究，结果发现，通过含有规定量的V和B，能够提高对钢铁材料的耐磨损性。据认为，这是由于改善了被膜的硬度和润滑性造成的。仅以金属和半金属的原子％计，B量小于2％时，其效果较小，但当B量为2％以上时，能够显示出硬度提高的效果。并且，当B含量超过15％时，硬度值不太变化。与Al和Cr相比，B属于昂贵的元素，所以考虑到被膜硬度和成本，仅以金属和半金属的原子％计，B的含量优选为2％～15％的组成范围。此外，关于V的含量，若增加其含量，则被膜的润滑性得到提高。仅以金属和半金属的原子％计，V量小于2％时，其效果较小，但当V量为2％以上时，能够显示出润滑性提高的效果，被覆有该被膜的工具对钢铁材料的耐磨损性得到提高。另一方面，若V含量过多，则被膜的硬度降低，从而对钢铁材料的耐磨损性降低。并且，与Al和Cr相比，V属于极其昂贵的元素，所以考虑到被膜的润滑性和硬度以及成本，仅以金属和半金属的原子％计，V的含量优选为2％～15％的组成范围。

接着，对第二被膜层的组成进行说明。本实施例中，所述第二被膜层含有至少Ti和Si作为金属成分和半金属成分、含有N作为非金属成分，但其基底为TiSiN。本发明人以TiSiN为基底，尝试了添加各种种类的第3元素以进一步提高被膜的耐磨损性。其结果，确认到通过含有规定量的Cr，润滑性得到提高，被膜的耐磨损性得到提高。即，确认到，仅以金属和半金属的原子％计，Cr量小于5％时，其效果较小，但Cr量为5％以上时，显示出润滑性提高的效果，被覆有该被膜的超硬合金基材切削工具对高硬度被切削材料的耐磨损性得到提高。另外，还确认到，若Cr含量过多，则被膜的硬度降低，被覆有该被膜的超硬合金基材切削工具对高硬度被切削材料的耐磨损性降低。基于以上方面，仅以金属和半金属的原子％计，Cr的含量优选为5％～30％。另一方面，关于Si的含量，若增加Si含量，则被膜的耐氧化性和硬度得到提高。即，确认到，仅以金属和半金属的原子％计，Si量小于5％时，其效果较小，但Si量为5％以上时，显示出耐氧化性和硬度得到提高的效果，被覆有该被膜的超硬合金基材切削工具对高硬度被切削材料的耐磨损性得到提高。据认为，这是因为，若Si量过少，则第二被膜层内的非晶质部的比例变少，从而非晶质部难以稳定地分散在晶粒之间。另外，还确认到，Si含量过多时，被覆有该被膜的超硬合金基材切削工具对高硬度被切削材料的耐磨损性降低。据认为，这是因为，Si含量过多时，被膜的内部应力变大，且第二被膜层内的非晶质部的比例增加，从而被膜内容易产生微小龟裂。基于以上方面，仅以金属和半金属的原子％计，Si的含量优选为5％～30％。

接着，对第三被膜层进行说明。本发明人将多层被膜层被覆于超硬合金制切削工具上并尝试进行了切削试验，确认到，在切削时有时会发生被膜剥离，据认为，这是由于超硬合金基材与被膜之间的密合性不充分造成的。于是，在超硬合金基材与多层被膜层之间形成第三被膜层，使该第三被膜层的金属成分和半金属成分与第一被膜层的金属成分和半金属成分为相同组成，结果切削时的被膜剥离明显减少。据认为，通过形成第三被膜层，大幅度提高了超硬合金基材与被膜的密合性。虽然对第三被膜层的膜厚没有特别的限定，但如果第三被膜层的膜厚过薄，则难以显示出密合性提高的效果，因而第三被膜层的膜厚优选为0.1μm以上。

作为减少被膜剥离的其他对策，也可以在基材上并紧邻基材形成与基材的密合性优异的Ti系或者Cr系的氮化物或碳氮化物(第四被膜层)。即使在基材上并紧邻基材形成第四被膜层，并在第四被膜层上形成多层被膜层，也能大幅度降低膜剥离。更优选的被膜构成是，在基材上形成第四被膜层，且该第四被膜层紧邻基材，在第四被膜层上形成第三被膜层，进而在第三被膜层上形成多层被膜层。在第四被膜层上形成第三被膜层时，第四被膜层的膜厚即使较薄，也显示出与基材的密合性提高的效果，但这种情况还是优选第四被膜层的膜厚为0.01μm以上。并且，由于第四被膜层的目的在于带来提高与基材的密合性的效果，所以膜厚不需要太厚，优选膜厚为0.5μm以下。

接着，对第五被膜层进行说明。本发明人确认到，通过在最表层部形成Al-Cr-N系被膜(金属成分和半金属成分的组成与第一被膜层相同)或者Ti-Si-N系被膜(金属成分和半金属成分的组成与第二被膜层相同)，根据被切削材料的种类，有时能够再稍微提高被覆工具的耐磨损性。对于热处理到60HRC的SKD11被切削材料来说，通过在最表部形成Ti-Si-N系被膜，被覆工具的耐磨损性略微提高了。另一方面，对于热处理到53HRC的STAVAX被切削材料来说，通过在最表部形成Al-Cr-N系被膜，被覆工具的耐磨损性提高了少许。如上所述，Al-Cr-N系被膜具有韧性较高但硬度略低的特征，而Ti-Si-N系被膜具有硬度高但韧性略低的特征。虽然详细的机理不清楚，但认为通过在最表部设置第五被膜层，这些特征能够带来使被覆工具的耐磨损性良好的效果。对第五被膜层的膜厚没有特别的限定，但是如果太薄，则效果难以显现，并且，如果太厚，则表现出硬度下降(Al-Cr-N系被膜)、韧性下降(Ti-Si-N系被膜)，所以第五被膜层的膜厚优选为0.1μm～1μm。

尽管本实施例的硬质被膜是面向钢铁材料用切削工具而发明出的，但作为其基材，优选由以WC为主成分的硬质粒子和以Co为主成分的结合材料构成的超硬合金，这是因为该超硬合金作为钢铁材料用切削工具是硬度和韧性均衡的材料。如果WC粒子的平均粒径过小，则WC粒子难以均匀地分散在结合材料中，从而容易引起超硬合金的抗弯强度下降。另一方面，如果WC粒子过大，则超硬合金的硬度下降。此外，如果Co含量过少，则超硬合金的抗弯强度下降，相反如果Co含量过多，则超硬合金的硬度下降。因此，优选WC粒子的平均粒径为0.1μm～2μm、Co含量以重量％计为5％～15％的超硬合金作为基材。

由于本实施例如上构成，所以第二被膜层的微细结晶进入到第一被膜层的内部并像楔子一样侵入，从而使第一被膜层与第二被膜层的层间密合性得到提高，从而对以SKD11等为代表的高硬度淬火钢的耐磨损性得到提高。

特别是，在本实施例中，在基材上依次层积第四被膜层、第三被膜层、多层被膜层、第五被膜层，在多层被膜层的基材侧和表层侧分别再设有具有规定特性的被膜层。即，在膜应力变大的被膜的基材侧设置韧性优异的被膜层，同时，在与被切削物接触的表层侧设置硬度优异的被膜层，从而成为被膜难以从基材上剥离且表层难以磨损、极难出现卷刃的切削工具。

因而，在本实施例中，第一被膜层与第二被膜层的层间密合性得到提高，从而与以往的切削工具用硬质被膜相比，成为在切削以SKD11等为代表的高硬度淬火钢时耐磨损性得到提高的实用性极其优异的切削工具用硬质被膜。

下面，对证实本实施例的效果的实验例进行说明。

实验例1

在实验例1中，使用弧光放电式离子镀装置作为成膜装置，将Al₆₀Cr₂₇V₅B₈和Ti₆₂Cr₁₅Si₂₃靶作为金属和半金属成分的蒸发源安装在成膜装置内，并且将N₂气作为反应气体导入到成膜装置内，气压为3Pa，偏压为-300V，基材温度为550℃，在作为成膜基材的超硬合金板上进行成膜。将2种靶以相互面对面的方式配置在成膜装置内，将成膜基材放在2种靶之间的中央部并以3min^-1的转速进行旋转(转轴与靶面平行)。旋转时，(Al₆₀Cr₂₇V₅B₈)N(第一被膜层)和(Ti₆₂Cr₁₅Si₂₃)N(第二被膜层)交替层积在超硬合金板上。

用截面TEM法对基于上述方法成膜的被膜的一例进行观察，观察结果示于图1、图2。图2是将图1的一部分放大后的图。在图1、图2中，看起来相对较黑的层为第二被膜层，看起来相对较白的层为第一被膜层。从TEM像可以确认到，第二被膜层是粒状的微细结晶和非晶质部混合的组织。如果仔细观察第二被膜层中的微细结晶，则可以发现存在侵入到第一被膜层的微细结晶。通过控制第二被膜层中的微细结晶使其侵入到相邻的第一被膜层中，能够大幅度改良多层被膜层的层间密合性，从而实现被膜工具的耐磨损性的提高。

实验例2

在实验例2中，使用弧光放电式离子镀装置作为成膜装置，将各种组成的靶作为金属和半金属成分的蒸发源安装在成膜装置内，并且将N2气、CH₄气中的一种或2种气体作为反应气体导入到成膜装置内，在作为成膜基材的超硬合金制双刃球头立铣刀(外径为3mm)上进行规定的被膜的成膜。使用可装3种靶的成膜装置，装上2种靶或3种靶进行成膜。成膜时的条件设定成气压为3Pa、偏压为-50V～-300V、基材温度为300℃～550℃，在基材立铣刀上进行成膜，使得整个被膜的膜厚达到3.0μm～4.0μm。使用已被覆了规定被膜的立铣刀，在以下切削条件下进行切削试验，测定立铣刀后面磨损宽度。即，被切削材料为SKD11淬火材料(60HRC)、使外径3mm的立铣刀以19000min^-1的转速旋转、进给速度为1440mm/min、进刀量Ad＝0.15mm、Pf＝0.45mm，空气流作为冷却剂进行试验。切削试验的结果如表1所示。

需要说明的是，对于No.9、12、13的第四被膜层(TiCN)来说，紧邻基材的部位的C量为0，即为TiN，向着表层部缓慢增加C量的同时进行成膜。另外，对于No.10的第四被膜层(CrCN)来说，紧邻基材的部位的C量为0，即为CrN，向着表层部缓慢增加C量的同时进行成膜。

此外，在No.1～10的实施例中，通过截面TEM法观察多层被膜层时，确认到，在1μm×1μm的面积中，第二被膜层的10个以上微细结晶侵入到相邻的第一被膜层的内部，侵入深度为第一被膜层的膜厚的10％以上。需要说明的是，在No.11的比较例中，通过截面TEM法观察多层被膜层时，第二被膜层内的微细结晶向相邻的第一被膜层的侵入不明显。

在表1中记载了实施例，同时记载了比较例，该比较例是，利用以与实施例同样的方法被覆了以往的硬质被膜或实施例范围以外的硬质被膜的立铣刀进行切削试验所得到的结果。

从表1可以看出，本实施例与比较例相比，立铣刀的后面磨损宽度得到降低，即，对高硬度淬火钢的耐磨损性得到提高。

Claims

1.一种切削工具用硬质被膜，该硬质被膜是形成在基材上的切削工具用硬质被膜，其特征在于，该硬质被膜包含多层被膜层，该多层被膜层是交替层积第一被膜层和第二被膜层各2层以上而形成的，所述第一被膜层是含有至少Al和Cr作为金属成分、含有N作为非金属成分以及含有不可避免的杂质的被膜层，所述第二被膜层是含有至少Ti和Si作为金属和半金属成分、含有N作为非金属成分以及含有不可避免的杂质的被膜层，所述第一被膜层和所述第二被膜层各自每一层的膜厚被设定为1nm～20nm，所述第二被膜层具有非晶质部和平均粒径为1nm～20nm的粒状微细结晶混合的组织，用截面TEM法观察所述多层被膜层时，在1μm×1μm的面积中，所述第二被膜层的10个以上微细结晶进入相邻的所述第一被膜层的内部，进入深度为所述第一被膜层的膜厚的10％以上。

2.一种切削工具用硬质被膜，该硬质被膜是形成在基材上的切削工具用硬质被膜，其特征在于，该硬质被膜包含多层被膜层，该多层被膜层是交替层积第一被膜层和第二被膜层各2层以上而形成的，所述第一被膜层和所述第二被膜层各自每一层的膜厚被设定为1nm～20nm，

所述第一被膜层中的金属和半金属成分以原子％计时，该第一被膜层表示为Al_(100-x-y-z)Cr_(x)V_(y)B_(z)，其中，20≦x≦40，2≦y≦15，2≦z≦15，所述第一被膜层含有N作为非金属成分，并且含有不可避免的杂质，

所述第二被膜层中的金属和半金属成分以原子％计时，该第二被膜层表示为Ti_(100-v-w)Cr_(v)Si_(w)，其中，5≦v≦30，5≦w≦30，所述第二被膜层含有N作为非金属成分，并且含有不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材与所述多层被膜层之间设有第三被膜层，该第三被膜层的金属成分与所述第一被膜层的金属成分相同。

4.如权利要求2所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材与所述多层被膜层之间设有第三被膜层，该第三被膜层的金属成分和半金属成分与所述第一被膜层的金属成分和半金属成分相同。

5.如权利要求3所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Ti为主成分的氮化物或碳氮化物构成，该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm。

6.如权利要求4所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Ti为主成分的氮化物或碳氮化物构成，该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm。

7.如权利要求3所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Cr为主成分的氮化物或碳氮化物构成，该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm。

8.如权利要求4所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述基材上设有第四被膜层，并且该第四被膜层紧邻所述基材，该第四被膜层由以Cr为主成分的氮化物或碳氮化物构成，该第四被膜层的膜厚被设定为0.01μm～0.5μm。

9.如权利要求1～8任一项所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述多层被膜层的表层侧设有第五被膜层，该第五被膜层的金属成分和半金属成分与所述第二被膜层的金属成分和半金属成分相同。

10.如权利要求1～8任一项所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，在所述多层被膜层的表层侧设有第五被膜层，该第五被膜层的金属成分或金属成分和半金属成分与所述第一被膜层的金属成分或金属成分和半金属成分相同。

11.如权利要求9所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，所述基材是由以WC为主成分的硬质粒子和以Co为主成分的结合材料构成的超硬合金，所述WC粒子的平均粒径被设定为0.1μm～2μm，所述Co的含量以重量％计被设定为5％～15％。

12.如权利要求10所述的切削工具用硬质被膜，其特征在于，所述基材是由以WC为主成分的硬质粒子和以Co为主成分的结合材料构成的超硬合金，所述WC粒子的平均粒径被设定为0.1μm～2μm，所述Co的含量以重量％计被设定为5％～15％。