CN102528105A - 表面包覆切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在硬质难切削材的高速高进给切削加工中硬质包覆层发挥优异的耐剥离性和优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具。本发明的切削工具在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的最表面至少包覆具有平均层厚为0.5～5μm的Cr硼化物层而成，其中，所述Cr硼化物层作为具有多个平均粒径的晶粒组织的复合组织构成，该复合组织包括平均粒径为30～70nm的二次晶粒和平均粒径为100～600nm的三次晶粒，该二次晶粒由具有5～15nm平均粒径的一次晶粒的集合体构成，该三次晶粒由该二次晶粒的集合体构成。

Description

表面包覆切削工具

技术领域

本发明涉及一种表面包覆切削工具(以下，称为包覆工具)，其硬质包覆层由具有优异的耐熔敷性和优异的粘附力的表面层构成，因此尤其在更容易产生剥离或崩刀的高速高进给切削条件下进行各种Ni类合金或Ti类合金等硬质难切削材的切削加工时，也抑制因发生熔敷而产生的硬质包覆层的剥离，经长期使用而发挥优异的耐剥离性和耐崩刀性。

背景技术

包覆工具一般有：在各种钢或铸铁等的工件的车削加工或平面铣削加工中装卸自如地安装于车刀的前端部上而使用的可转位刀片、使用于所述工件的钻孔切削加工等的钻头或小型钻头以及使用于所述工件的面削加工或槽加工、台阶加工等的实心式立铣刀等，并且，已知有装卸自如地安装所述可转位刀片且与所述实心式立铣刀相同地进行切削加工的可转位立铣刀工具等。

并且，作为包覆工具，已知有在由碳化钨(以下，用WC表示)基硬质合金或碳氮化钛(以下，用TiCN表示)基金属陶瓷构成的工具基体的表面形成由以下(a)～(c)构成的硬质包覆层的包覆工具(以下，称为以往包覆工具)，

(a)由具有0.8～5μm的平均层厚且满足结构式：(Ti_1-XAl_X)N(其中以原子比计，X表示0.40～0.75)的(Ti，Al)N层构成的下部层、

(b)由具有0.1～0.5μm的平均层厚的CrN(氮化铬)层构成的粘附接合层、

(c)由具有0.8～5μm的平均层厚的CrB₂(硼化铬)层构成的上部层，并且，已知有当在伴有高热发生的高速切削条件下进行Ti类合金或含高Si的Al-Si类合金等硬质难切削材的切削加工时，该以往包覆工具也经长期使用而发挥优异的耐磨性。

另外还已知有，所述以往包覆工具通过如下制造：在并设电弧离子镀装置和直流溅射装置的物理蒸镀装置内装入上述工具基体，首先，在由加热器加热装置内的状态下，在装置内导入氮气体作为反应气体，在电弧离子镀装置的阳极电极与设置具有规定组成的Ti-Al合金的阴极电极(蒸发源)之间发生电弧放电，从而成膜由所述(a)的(Ti，Al)N层构成的下部层，接着，使直流溅射装置的装置内气氛成为氮气氛的状态下开始作为阴极电极(蒸发源)配置的金属Cr的溅射，由此成膜CrN层作为所述(b)的粘附接合层，接着，将装置内的气氛设为Ar气氛以规定时间进行CrB₂烧结体的溅射，由此重叠于所述CrN层上而成膜由所述(c)的CrB₂层构成的上部层。

并且，作为成膜硬质包覆层的手段，不仅有利用电弧离子镀和直流溅射的成膜，而且还提出有利用高输出脉冲溅射的成膜，例如，如专利文献2、3所示，还已知有通过在脉冲瞬间外加电力设为200W/cm²以上、脉冲的一个波长长度设为100μsec以下的条件下进行高输出脉冲溅射，从而能够以高成膜速度成膜(Al，M)₂O₃(其中，M为Mg、Zn、Mn、Fe等)或α-Al₂O₃。

专利文献1：日本专利公开2006-159340号公报

专利文献2：国际公开第2008/148673号

专利文献3：国际公开第2009/010330号

近年来的切削加工装置的高性能化及自动化显著，另一方面对切削加工的节省劳力化及节能化以及低成本化要求强烈，伴随此，有切削加工高速化并且强烈要求不限定于工件的种类的具有通用性的包覆工具的倾向，但是所述以往包覆工具中，现状如下：当在伴有高热发生的高速切削条件下进行Ti类合金或含高Si的Al-Si类合金等硬质难切削材的切削加工时，发挥优异的耐磨性，但是当在高速高进给切削条件下进行各种Ni类合金或Ti类合金等硬质难切削材的切削加工时，由于因切削时发生的极高的发热而容易发生熔敷，因此引起硬质包覆层的剥离，在比较短时间内达到使用寿命。

因此，本发明人等从如前述的观点考虑，为了开发在所述硬质难切削材的高速高进给切削加工中硬质层发挥优异的耐熔敷性和耐剥离性的包覆工具，进行深入研究的结果，得到了如下见解。

首先，查明了如下内容：以往包覆工具(专利文献1)中，以直流溅射成膜CrB₂层，当将此包覆工具使用于Ti类合金或含高Si的Al-Si类合金等硬质难切削材等的高速切削加工时不会产生特别的问题，但是将此包覆工具使用于尤其在高速高进给切削条件下进行各种Ni类合金或Ti类合金等硬质难切削材的切削加工时，由于表面组织紧密，因此与工件的接触面积较大，因极高的发热而产生熔敷，并且CrB₂层的晶粒间的结合也较弱，因此引起因其熔敷而产生的硬质包覆层的剥离。

因此，本发明人等着眼于不易引起熔敷的发生且晶粒间结合强度较高的CrB₂层组织进行研究的结果，发现了如下内容：当成膜CrB₂层时，不采用专利文献1所示的直流溅射，而是通过采用特定条件的高输出脉冲溅射，即使在各种Ni类合金或Ti类合金等硬质难切削材的高速高进给切削条件下的切削加工中，因为由于表面组织疏松而与工件的接触面积较小，因此也不易发热，熔敷也不易产生，除此之外因为CrB₂层的晶粒间结合强度较强，所以能够成膜不易产生硬质包覆层的剥离的CrB₂层。

具体而言，图1示出高输出脉冲溅射装置的概要俯视图，但是发现如果在高输出脉冲溅射装置上配置Cr硼化物(以下，用CrB₂表示)粉末的烧结体(以下，称为CrB₂烧结体)靶，使装置内气氛成为Ar气氛，用6kW以上的较高平均投入电力进行高输出脉冲溅射，并在工具基体的表面蒸镀成膜CrB₂层，则由于不易产生熔敷，所以可以成膜具有优异的耐熔敷性以及晶粒间结合强度较强、膜硬度较高(例如，以200mg荷载测定时的纳米压痕硬度为3800kgf/mm²以上)的CrB₂层。

由此，发现该结果的包覆工具尤其在伴有显著的高热发生的各种Ni类合金或Ti类合金等硬质难切削材的高速高进给切削中，通过由具有优异的耐熔敷性、晶粒间结合强度及硬度的CrB₂层构成的表面层，可以抑制尤其以熔敷为起因的硬质包覆层的剥离，从而经长期使用而发挥优异的耐剥离性和耐磨性。

发明内容

本发明是基于所述见解而完成的，其具有如下特征：

一种表面包覆切削工具，其特征在于，在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的最表面至少包覆具有0.5～5μm平均层厚的Cr硼化物层而成，

所述Cr硼化物层作为具有多个平均粒径的晶粒组织的复合组织构成，该复合组织包括平均粒径为30～70nm的二次晶粒和平均粒径为100～600nm的三次晶粒，该二次晶粒由具有5～15nm平均粒径的一次晶粒的集合体构成，该三次晶粒由该二次晶粒的集合体构成。

接着，对本发明的包覆工具进行详细说明。

硬质包覆层的平均层厚

在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的最表面形成的Cr硼化物层，当其平均层厚小于0.5μm时，无法充分地经长期使用而发挥本身所具有的优异的耐磨性，另一方面，若其平均层厚超过5μm，则能够抑制Ni类合金或Ti类合金等硬质难切削材的高速高进给切削中以熔敷为起因的剥离，但是由于以高输出脉冲溅射所具有的向皮膜的高打入(打ち込み)效果为起因的较大的压缩残余应力，容易在切削刃部上发生崩刀，因此将其平均层厚规定为0.5～5μm。

复合组织的效果及晶粒的平均粒径

该复合组织的效果在于，由于形成晶粒的集合体，因此不用说该一次晶粒彼此的结合力，还能够利用该二次晶粒彼此的结合力。构成该复合组织的一次晶粒的平均粒径很难形成具有小于5nm的晶粒的被膜，另一方面，若其平均粒径超过15nm，则因为阻碍位错运动的晶界减少，所以无法维持较高硬度。并且，若由该一次晶粒的集合体构成的二次晶粒的平均粒径小于30nm，则构成用于得到复合组织的优点、即晶粒彼此的较强结合力的二次晶粒的一次晶粒的个数不是很充足，若超过70nm，则构成三次晶粒的二次晶粒的个数不是很充足。另外，若由该二次晶粒的集合体构成的三次晶粒的平均粒径小于100nm，则因为切削时与工件接触的面积变大，所以容易引起熔敷，导致连该复合组织一起剥离，另一方面，若超过600nm，则无法耐于切削时的负载。

以下对本发明的包覆工具的制造方法进行说明。

图1将高输出脉冲溅射装置作为用于制造本发明的包覆工具的装置的一例示出。

即，本发明的包覆工具可以通过如下方法制造：在图1所示的高输出脉冲溅射装置中，在该高输出脉冲溅射装置的中央部设置工具基体安装用旋转台，在夹着旋转台而对置的2个部位配置CrB₂粉末的烧结体(CrB₂烧结体)靶，在从所述旋转台上的中心轴向半径方向远离规定距离的位置，沿着外周部将多个工具基体安装成环状，在该状态下将装置内气氛设为Ar气氛并旋转所述旋转台，并且以谋求蒸镀形成的耐磨硬质层的层厚均匀化的目的还使工具基体本身自转的同时，利用6kW以上的较高平均投入电力对CrB₂烧结体靶进行高输出脉冲溅射，以0.5～5μm的平均层厚蒸镀成膜CrB₂层。

并且，将作为耐磨层的(Ti，Al)N层作为该CrB₂层的底层进行包覆也有效。

例如，这时的制造方法如下：在夹着所述旋转台而对置的2个部位配置具有规定组成的Ti-Al合金靶，并且在与Ti-Al合金靶偏离90度的位置，在夹着旋转台而对置的2个部位配置CrB₂粉末的烧结体(CrB₂烧结体)靶。并且，将装置内气氛设为氮气氛并旋转所述旋转台，并且以谋求蒸镀形成的耐磨硬质层的层厚均匀化的目的还使工具基体本身自转的同时，利用6kW以上的较高的平均投入电力对Ti-Al合金靶进行高输出脉冲溅射，在所述工具基体的表面以0.5～0.8μm的平均层厚蒸镀成膜(Ti，Al)N层作为耐磨硬质层，接着，将装置内的气氛实质性地改为Ar气氛来蒸镀成膜该CrB₂层。

尤其是，即使不像以往包覆工具那样介入粘附接合层(CrN层)，通过所述特定条件下的高输出脉冲溅射成膜的CrB₂层也相对于(Ti，Al)N层具有优异的粘附强度，进而提高膜硬度。

另外，所述高输出脉冲溅射中，作为其溅射条件，优选使外加脉冲时的产生等离子体密度成为10¹⁸m^-3以上，并且，优选在脉冲的一个波长的长度为200μsec以上且每一周期的脉冲的非外加时间成为10μsec以上的溅射条件下进行溅射。

在根据提高能级的矩形脉冲的所述高输出脉冲溅射中，因为能够减少相对于靶的热负载，所以能够抑制靶的没必要的温度上升。

并且，通过所述高输出脉冲溅射成膜的(Ti，Al)N层和CrB₂层的粘附强度均较大，并具有高硬度。

本发明的包覆工具为如下工具：作为硬质包覆层具有与工件的接触面积变小的疏松的表面组织并且为晶粒之间的结合强度较强的晶粒组织的复合组织，并且由具有高硬度的CrB₂层构成，因此当进行硬质难切削材的伴有高热发生的高速高进给切削条件加工时，能够抑制以熔敷为起因的硬质包覆层的剥离，经长期使用而发挥优异的耐磨性。

附图说明

图1是用于成膜本发明包覆工具的表面包覆层的高输出脉冲溅射装置的概要俯视图。

图2表示本发明包覆刀片9的Cr硼化物层的水平截面的扫描型电子显微镜照片(倍率：10万倍)。

图3表示以往包覆刀片9的Cr硼化物层的水平截面的扫描型电子显微镜照片(倍率：10万倍)。

图4表示本发明包覆刀片的由复合组织构成的Cr硼化物层的水平截面示意图。

具体实施方式

接着，根据实施例对基于本发明的包覆工具及其制造方法进行具体说明。

[实施例1]

准备均具有1～3μm平均粒径的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr₃C₂粉末、TiN粉末、TaN粉末及Co粉末作为原料粉末，将这些原料粉末配合成表1所示的配合组成，用球磨机湿式混合72小时，干燥后，以100MPa的压力冲压成型为压坯，将该压坯在6Pa的真空中，在以温度：1400℃保持1小时的条件下烧结，烧结后，在切削刃部分实施R：0.03的刃口修磨加工，形成具有ISO标准·CNMG120408的刀片形状的WC基硬质合金制工具基体A-1～A-10。

并且，准备均具有0.5～2μm平均粒径的TiCN(以重量比计为TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo₂C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末作为原料粉末，将这些原料粉末配合成表2所示的配合组成，用球磨机湿式混合24小时，干燥后，以100MPa的压力冲压成型为压坯，将该压坯在2kPa的氮气氛中，在以温度：1500℃保持1小时的条件下烧结，烧结后，在切削刃部分实施R：0.03的刃口修磨加工，形成具有ISO标准·CNMG120408的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制工具基体B-1～B-6。

(a)接着，将各个所述工具基体A-1～A-8在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，在图1所示的高输出脉冲溅射装置内的从旋转台上的中心轴向半径方向远离规定距离的位置沿着外周部进行安装，另一方面，在高输出脉冲溅射装置内，在夹着旋转台而对置的4个部位配置CrB₂烧结体靶，

(b)首先，对装置内进行排气并保持为0.1Pa以下的真空的同时，用加热器将装置内加热至400℃后，对在所述旋转台上边自转边旋转的工具基体外加-200V的直流偏压，从而对所述工具基体进行1小时Ar轰击处理，

(c)向装置内导入Ar气体作为反应气体，并将装置内气氛设为0.5Pa，并且在表3所示的规定脉冲溅射条件下，在与层厚对应的时间内进行溅射，同样地将表4所示的目标层厚的CrB₂层作为硬质包覆层的表面层成膜，从而分别制造出作为本发明包覆工具的本发明表面包覆刀片(以下，称为本发明包覆刀片)1～8。

(d)并且，将各个所述工具基体A-9～A-10及B-1～B-6在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，在图1所示的高输出脉冲溅射装置内的从旋转台上的中心轴向半径方向远离规定距离的位置沿着外周部进行安装，另一方面，在高输出脉冲溅射装置内，在夹着旋转台而对置的4个部位配置规定组成的Ti-Al合金靶和CrB₂烧结体靶，

(e)首先，对装置内进行排气并保持为0.1Pa以下的真空的同时，用加热器将装置内加热至400℃后，对在所述旋转台上边自转边旋转的工具基体外加-200V的直流偏压，从而对所述工具基体进行1小时Ar轰击处理，向装置内导入氮气体作为反应气体并设为0.6Pa的反应气氛，并且在表3的条件记号a所示的规定脉冲溅射条件下对所述Ti-Al合金靶进行高输出脉冲溅射，从而在所述工具基体的表面将表4所示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层作为硬质包覆层的耐磨硬质层成膜，

(f)在表3所示的规定的脉冲溅射条件下，对CrB₂烧结体靶进行高输出脉冲溅射，将导入装置内的气体从氮气体切换成Ar气体，并且将装置内气氛设为0.5Pa，在该条件下以与层厚对应的时间进行溅射，同样地将表4所示的目标层厚的CrB₂层作为硬质包覆层的表面层成膜，从而制造出作为底层导入(Ti，Al)N层的本发明包覆刀片9～16。

并且，作为比较的目的，将这些工具基体A-1～A-10及B-1～B-6在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，分别装入并设电弧离子镀装置和直流溅射装置的物理蒸镀装置内，在装置内安装具有各种成分组成的Ti-Al合金靶、金属Cr靶及CrB₂烧结体靶，

首先，对装置内进行排气并保持为0.1Pa以下的真空的同时，用加热器将装置内加热至400℃后，对在旋转台上边自转边旋转的工具基体外加-200V的直流偏压，从而对所述工具基体进行1小时Ar轰击处理，向装置内导入氮气体作为反应气体并设为0.6Pa的反应气氛，并且用加热器将装置内加热至500℃后，在所述Ti-Al合金靶与阳极电极之间产生电弧放电，在所述工具基体的表面将作为下部层的表6所示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层作为硬质包覆层的耐磨硬质层成膜。接着，停止所述Ti-Al合金的阴极电极(蒸发源)与阳极电极之间的电弧放电，开始作为所述直流溅射装置的阴极电极(蒸发源)配置的金属Cr的直流溅射，将目标组成及目标层厚的CrN层作为硬质包覆层的粘附接合层成膜。并且，停止金属Cr的阴极电极(蒸发源)与阳极电极之间的电弧放电，将所述直流溅射装置内的气氛设为Ar气氛，开始作为所述直流溅射装置的阴极电极(蒸发源)配置的CrB₂烧结体的直流溅射，从而在表5所示的规定直流溅射条件下，蒸镀表6所示的平均层厚的CrB₂层作为上部层重叠于所述CrN层，由此分别制造出作为以往包覆工具的以往表面包覆刀片(以下，称为以往包覆刀片)1～16。

另外，为了参考，用与图1所示的制造本发明包覆刀片1～16的装置相同的装置，在与本发明包覆刀片1～16不同的组成、膜厚、溅射条件下成膜，由此分别制造出表6所示的作为参考包覆工具的参考表面包覆刀片(以下，称为参考包覆刀片)1～4。

通过扫描型电子显微镜(Carl zeiss公司制造，ultra55)，以10万倍的视野对所述本发明包覆刀片1～16、以往包覆刀片1～16及参考包覆刀片1～4的CrB₂层观察其晶粒组织，将其结果假设成平面，将该晶粒的面积作为颗粒截面的面积计算。另外，对于一次晶粒、二次晶粒及三次晶粒的平均粒径，测定10处以该晶粒的颗粒截面面积作为圆的面积计算时的直径，并取其平均值。

表4、表6中示出其测定值。

并且，图2中表示本发明包覆刀片9的CrB₂层的水平截面的扫描型电子显微镜照片(倍率：10万倍)，图3中表示以往包覆刀片9的CrB₂层的水平截面的扫描型电子显微镜照片(倍率：10万倍)，图4中表示本发明包覆刀片的由复合组织组成的Cr硼化物层的水平截面示意图。

通过超显微压痕硬度试验机(ELIONIX INC.公司制造，ENT-1100a)对所述本发明包覆刀片1～16、以往包覆刀片1～16及参考包覆刀片1～4的CrB₂层测定其表面硬度。

表4、表6中示出其测定值。

并且，通过使用透射型电子显微镜的能量分散X射线分析法测定所述本发明包覆刀片1～16、以往包覆刀片1～16及参考包覆刀片1～4的构成硬质包覆层的耐磨硬质层的组成，结果分别示出实际上与目标组成相同的组成。

另外，使用扫描型电子显微镜对所述硬质包覆层的CrB₂层及耐磨硬质层的平均层厚进行截面测定，均示出实际上与目标层厚相同的平均值(5个部位的平均值)。

接着，在将所述各种包覆刀片均用固定夹具紧固于工具钢制车刀的前端部的状态下，对本发明包覆刀片1～16、以往包覆刀片1～16及参考包覆刀片1～4，进行如下试验，即

工件：以质量％计为Ti-6％Al-4％V合金的圆棒、

切削速度：100m/min.、

切深量：1.5mm、

进给速度：0.4mm/rev.、

切削时间：5分钟

的条件(称为切削条件A)下的Ti类合金的干式高速高进给切削加工试验(通常的切削速度为50m/min.，切削进给速度为0.2mm/rev.)，测定切削刃的后刀面磨损宽度。

该测定结果示于表7中。

[表1]

[表2]

[表3]

(注)条件记号Z、Y为本发明的范围外的高输出脉冲溅射条件。

并且，条件记号a为(Ti，Al)N的成膜条件。

[表4]

[表5]

[表6]

(注1)条件记号Z、Y是本发明的范围外的高输出脉冲溅射条件。

(注2)因为以往包覆刀片没有形成复合组织，所以将结晶粒径作为一次粒径记载。

[表7]

＊符号表示因剥离而达到寿命为止的切削时间。

[实施例2]

准备具有平均粒径为5.5μm的WC粉末、平均粒径为0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径为1.3μm的TaC粉末、平均粒径为1.2μm的NbC粉末、平均粒径为1.2μm的ZrC粉末、平均粒径为2.3μm的Cr₃C₂粉末、平均粒径为1.5μm的VC粉末、平均粒径为1.0μm的(Ti，W)C[以质量比计为TiC/WC＝50/50]粉末及平均粒径为1.8μm的Co粉末作为原料粉末，将这些原料粉末分别配合成表8所示的配合组成，再加入蜡在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后，在100MPa的压力下冲压成型为规定形状的各种压坯，将这些压坯在6Pa的真空气氛中以7℃/分钟的升温速度升温至1370～1470℃范围内的规定温度，保持该温度1小时后，在炉冷的条件下进行烧结，形成直径为6mm的工具基体形成用圆棒烧结体，再通过磨削加工从所述圆棒烧结体分别制造出切削刃部的直径×长度分别为6mm×12mm的尺寸及具有螺旋角为30度的双刃四角形的工具基体(立铣刀)C-1～C-8。

接着，将这些工具基体(立铣刀)C-1～C-8的表面在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样地装入图1所示的蒸镀装置中，在与所述实施例1相同的条件下，在C-1～C-4上蒸镀形成由包含表9所示的目标层厚的CrB₂层的表面层构成的硬质包覆层，由此分别制造出作为本发明包覆工具的本发明表面包覆立铣刀(以下，称为本发明包覆立铣刀)1～4，在C-5～C-8上蒸镀形成由耐磨硬质层和表面层构成的硬质包覆层，其中，耐磨硬质层由表9所示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层构成，表面层由同样表9所示的目标层厚的CrB₂层构成，由此分别制造出本发明表面包覆立铣刀5～8。

并且，为了比较，将所述工具基体(立铣刀)C-1～C-8的表面在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，在与所述实施列1相同的条件下，同样地蒸镀由表10所示的目标组成及目标层厚的(Ti，Al)N层构成的耐磨硬质层作为硬质包覆层，由此分别制造出作为以往包覆工具的以往表面包覆立铣刀(以下，称为以往包覆立铣刀)1～8。

另外，为了参考，将所述工具基体(立铣刀)C-1、C-3、C-5、C-7的表面在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，在与所述实施列1相同的条件下，并在与本发明包覆立铣刀1～8不同的组成、膜厚、溅射条件下成膜，由此分别制造出表10所示的作为参考包覆工具的参考表面包覆立铣刀(以下，称为参考包覆立铣刀)1～4。

通过扫描型电子显微镜(Carl zeiss公司制造，ultra55)，以10万倍的视野对所述本发明包覆立铣刀1～8、以往包覆立铣刀1～8及参考包覆立铣刀1～4的CrB₂层观察其晶粒组织，将其结果假设为平面，将该晶粒的面积作为颗粒截面的面积计算。另外，对于一次晶粒、二次晶粒及三次晶粒的平均粒径，测定10处以该晶粒的颗粒截面面积作为圆的面积计算时的直径，并取其平均值。

表9、表10中示出其测定值。

通过超显微压痕硬度试验机(ELIONIX INC.公司制造，ENT-1100a)对所述本发明包覆立铣刀1～8、以往包覆立铣刀1～8及参考包覆立铣刀1～4的CrB₂层测定其表面硬度。

表9、表10中示出其测定值。

并且，通过使用透射型电子显微镜的能量分散X射线分析法测定所述本发明包覆立铣刀1～8、以往包覆立铣刀1～8及参考包覆立铣刀1～4的构成硬质包覆层的耐磨硬质层的组成，结果分别示出实际上与目标组成相同的组成。

另外，使用扫描型电子显微镜对所述硬质包覆层的CrB₂层及耐磨硬质层的平均层厚进行截面测定，结果均示出实际上与目标层厚相同的平均值(5个部位的平均值)。

接着，对所述本发明包覆立铣刀1～8、以往包覆立铣刀1～8及参考包覆立铣刀1～4进行如下试验，即

工件：具有平面100mm×250mm、厚度50mm的尺寸的Ti类合金(以质量％计为Ti-6％Al-4％V合金)的板材、

切削速度：150m/min.、

槽深(切深量)：4mm、

工作台进给速度：1400mm/分钟

的条件(称为切削条件B)下的Ti类合金的干式高速高进给槽切削加工试验(通常的切削速度为75m/min.，工作台进给速度为960mm/分钟)，测定槽切削加工试验中的切削刃部的外周刃的后刀面磨损宽度达到使用寿命的目标0.1mm为止的切削槽长。

该测定结果分别示于表11。

[表8]

[表9]

[表10]

(注1)条件记号Z、Y是本发明的范围外的高输出脉冲溅射条件。

(注2)因为以往包覆刀片没有形成复合组织，所以结晶粒径作为一次粒径记载。

[表11]

＊表示因剥离而达到寿命为止的切削时间。

从表3～11所示的结果可知：CrB₂层具有优异的耐熔敷性和硬度的本发明包覆工具在各种Ni类合金或Ti类合金等硬质难切削材的伴有高热发生的高速高进给切削中发挥优异的耐剥离性和耐磨性。

相对于此，如表6、表10所示在以往包覆工具中因为没有形成该复合组织，所以耐熔敷性差，无法在硬质难切削材的伴有高热发生的高速高进给切削条件下抑制硬质包覆层的剥离，由于硬度也不充分，所以耐磨性差。并且，在具有脱离本发明中规定的范围的CrB₂层的参考包覆工具中，硬质难切削材的伴有高热发生的高速高进给切削加工中切削刃部的磨损进行较快，在比较短的时间内达到使用寿命。

产业上的可利用性

如上所述，根据本发明的包覆工具及其制造方法，不仅能够在通常切削条件下对各种钢或铸铁等进行切削加工，在尤其伴有高发热的所述硬质难切削材的高速高进给切削加工中也发挥优异的耐剥离性和耐磨性，经长期使用而显示优异的切削性能，因此能够充分满足切削加工装置的高性能化及自动化、以及切削加工的节省劳力化及节能化、甚至低成本化。

Claims (1)

1.一种表面包覆切削工具，其特征在于，在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的最表面至少包覆具有平均层厚为0.5～5μm的Cr硼化物层而成，

所述Cr硼化物层作为具有多个平均粒径的晶粒组织的复合组织构成，该复合组织包括平均粒径为30～70nm的二次晶粒和平均粒径为100～600nm的三次晶粒，该二次晶粒由具有5～15nm平均粒径的一次晶粒的集合体构成，该三次晶粒由该二次晶粒的集合体构成。

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