CN103228383B

CN103228383B - 表面被覆烧结体

Info

Publication number: CN103228383B
Application number: CN201180056084.5A
Authority: CN
Inventors: 濑户山诚; 冈村克己; 月原望
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: JPWO2012070290A1; US9056437B2; KR20140002661A; CN103228383A; WO2012070290A1; MX346949B; US20130199351A1; EP2644300B1; MX2013003469A; EP2644300A4; EP2644300A1; JP5776125B2

Abstract

本发明的表面被覆烧结体包括：立方氮化硼烧结体；以及在其表面上形成的表面覆盖层，所述立方氮化硼烧结体包含20体积%至99.5体积%的立方氮化硼、以及粘结剂，所述表面覆盖层包括粘附层和至少一层硬质覆盖层，所述粘附层是至少含有W的金属层，并且该粘附层被形成为覆盖在所述立方氮化硼烧结体的表面的一部分上，所述硬质覆盖层被形成为覆盖在所述立方氮化硼烧结体和所述粘附层上，在所述立方氮化硼烧结体的表面中，与所述粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与所述粘附层或所述硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为0.01%至20%。

Description

表面被覆烧结体

技术领域

本发明涉及表面被覆烧结体，该表面被覆烧结体包括立方氮化硼烧结体和在其表面上形成的表面覆盖层。

背景技术

通常，立方氮化硼烧结体硬度高，因此，其已经被广泛用作诸如切削工具之类的工具用材料。另外，还已知，出于提高耐磨性等的目的，在立方氮化硼烧结体的表面上形成表面覆盖层。

例如，日本专利特开No.2005-047004（专利文献1）公开了一种高硬度的工具用复合材料，其为这样的立方氮化硼烧结体，该立方氮化硼烧结体的表面上设有由4a族、5a族或6a族元素的氮化物或碳化物等化合物形成的中间层和位于该中间层上的TiAlN等覆盖层。另外，日本专利特开No.2002-144110（专利文献2）公开了一种氮化硼表面被覆烧结体工具，其由这样的氮化硼烧结体形成，该氮化硼烧结体的表面上设有由选自4a族、5a族和6a族元素中的至少一种元素形成的中间层，以及位于该中间层上的硬质覆盖层。另外，日本专利特开No.2000-129423（专利文献3）公开了一种硬质覆盖层，其具有形成于基材上的第一层以及形成于该第一层上的第二层，其中所述第一层由4a族、5a族或6a族的金属形成，并且所述第二层由TiAlVN等形成。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开No.2005-047004

专利文献2：日本专利特开No.2002-144110

专利文献3：日本专利特开No.2000-129423

发明内容

技术问题

当在立方氮化硼烧结体上形成硬质覆盖层时，所述硬质覆盖层往往具有较差的韧性。特别是，当硬质覆盖层受到强的冲击负荷或变动负荷时，硬质覆盖层可能会脱落，这导致工具寿命缩短的问题。

因此，如专利文献1至3所述，已提出了在硬质覆盖层和基材（立方氮化硼烧结体）之间形成中间层，从而提高硬质覆盖层与基材的粘附性。

然而，在专利文献1中，尽管描述了由4a族、5a族或6a族元素的氮化物或碳化物等化合物构成的中间层与TiAlN等覆盖层（硬质覆盖层）相比提高了粘附性，但是，当如上所述施加强的冲击负荷或变动负荷时，还需要进一步提高粘附性。另外，在专利文献2中，由于中间层由金属构成，而不是由专利文献1中所述的化合物构成，因此这种金属扩散至立方氮化硼烧结体和硬质覆盖层这二者中，并在其中扩散有金属的部分中形成诸如金属硼化物或金属氮化物等固溶体。因此，期望能够提供比专利文献1中更强的粘附性。然而，由于这种固溶体趋于表现出固溶体本身坚硬且脆的特点，因此当如上所述施加强的冲击负荷或变动负荷时，则需要进一步提高粘附性。另一方面，与专利文献2类似，专利文献3公开了形成金属层作为中间层以减轻应力。当硬质覆盖层的应力大时，预计这种应力的减轻是有效的。但是，如果硬质覆盖层本身的应力小，则预计这种应力的减轻不能起效。此外，由于未指明基材的类型，因此当使用立方氮化硼烧结体作为基材时，并不清楚会有怎样的效果。

鉴于这些情况完成了本发明，本发明的一个目的是提供一种由其上形成有表面覆盖层的立方氮化硼烧结体形成的表面被覆烧结体，即使当该表面覆盖层受到强的冲击负荷或变动负荷时，其也具有足够的粘附性。

解决问题的手段

为了克服上述问题，本发明的本发明人进行了认真研究，结果获得了以下发现。当使用金属作为中间层时，可以预期该中间层将起到基材与硬质覆盖层之间的结合中介的作用，或者在一定程度上减轻冲击，因此可以预期该中间层将具有一定程度上提高基材与硬质覆盖层之间的粘附性的效果。然而，该中间层易于被强的冲击负荷破坏，而这可能是由与金属熔点和中间层的构造相关的因素造成的。因此，本发明的本发明人基于这一发现更为详细地研究了金属类型和中间层的构造，由此完成了本发明。

具体而言，本发明的表面被覆烧结体包括：立方氮化硼烧结体和在其表面上形成的表面覆盖层，所述立方氮化硼烧结体包含20体积%至99.5体积%的立方氮化硼、以及粘结剂；所述表面覆盖层包括粘附层和至少一层硬质覆盖层，所述粘附层是至少含有W的金属层，并且该粘附层被形成为覆盖在所述立方氮化硼烧结体的表面的一部分上，所述硬质覆盖层被形成为覆盖在所述立方氮化硼烧结体和所述粘附层上，在所述立方氮化硼烧结体表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为0.01%至20%。

这里，优选的是，粘附层为非晶态或者由平均粒度等于或小于5nm的超细颗粒构成，并且粘附层含有0.05原子%至95原子%的W。

优选的是，粘附层包含Ti和Cr中的一者或两者，并且Ti和Cr中的一者或两者相对于W的原子比值为0.1至3，并且优选的是，粘附层含有0.1原子%至20原子%的选自由Co、Ni和Fe构成的组中的至少一种元素。此外还优选的是，粘附层的厚度为0.5nm至30nm。

优选的是，硬质覆盖层的应力为-1.5GPa至+0.5GPa，并且优选的是，硬质覆盖层包括作为最底层的与立方氮化硼烧结体和粘附层接触的第一覆盖层，并且所述第一覆盖层由这样的化合物构成，所述化合物由从元素周期表的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）、Al和Si所构成的组中选出的至少一种元素与从硼、碳、氮和氧所构成的组中选出的至少一种元素形成。

优选的是，第一覆盖层由从TiAlN、AlCrN和TiSiN所构成的组中选出的至少一种化合物构成，或者由含有所述化合物的固溶体构成；或者第一覆盖层由超多层层叠体构成，该超多层层叠体具有所述化合物或所述固溶体作为构成层。另外还优选的是，所述第一覆盖层具有与所述粘附层的界面相距20nm以内的由粒度为1nm至20nm的柱状晶体构成的区域。此外，还优选的是，本发明的硬质覆盖层的厚度为0.5μm至20μm。

此外，本发明还涉及一种切削工具，其是通过将上述表面被覆烧结体接合至由硬质合金制成的基材的切削刃部分而形成的。

本发明的有益效果

具有上述构造的本发明表面被覆烧结体具有在立方氮化硼烧结体与表面覆盖层之间提供优异粘附性这样的显著优异的效果。

具体实施方式

下文将更具体地描述本发明。

<表面被覆烧结体>

本发明的表面被覆烧结体包括立方氮化硼烧结体和在所述立方氮化硼烧结体的表面上形成的表面覆盖层。本发明的表面被覆烧结体可以具有被形成为全部或部分地覆盖立方氮化硼烧结体的表面的表面覆盖层。具体而言，如下文将要描述的那样，当表面被覆烧结体与基材接合并加以使用时，与所述基材接合的那部分处的表面被覆烧结体上并不需要具有表面覆盖层。

<立方氮化硼烧结体>

本发明的立方氮化硼烧结体包含20体积%至99.5体积%的立方氮化硼、以及粘结剂。本发明的立方氮化硼烧结体可以包含任何其他组分（包括不可避免的杂质），只要其包含这两种组分即可。

此外，本发明的立方氮化硼烧结体由大量的立方氮化硼颗粒形成，并且粘结剂起到粘结立方氮化硼颗粒的作用。对这样的粘结剂并没有特别限制，可以选择具有以下所示组成的粘结剂。

组成1：由从元素周期表的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、Al和Si构成的组中选出的至少一种元素与从硼、碳、氮和氧构成的组中选出的至少一种元素形成的化合物；

组成2：含有上述化合物的固溶体；

组成3：金属单质，例如Co、W、Ni、Al等；

组成4：含有Co、W、Ni、Al等的化合物；

组成5：含有组成1的化合物以及Co、W、Ni、Al等的固溶体；以及

组成6：还包含Co、W、Ni、Al等的组成1的化合物。

立方氮化硼烧结体中所包含的这样的粘结剂的量通常为除了立方氮化硼之外的余量。

立方氮化硼烧结体通常由平均粒度大约为0.2μm至10μm的立方氮化硼颗粒构成。然而，如果粒度存在一定的分布，那么优选使粒度大的颗粒分布在接近于表面的位置（即，分布在与表面覆盖层接触的一侧），这是因为这能够使烧结体更牢固地粘附于稍后将描述的粘附层。

需要说明的是，可以使用光学显微镜或扫描电镜（SEM）观察烧结体的截面，从而测量立方氮化硼颗粒的平均粒度。

<表面覆盖层>

本发明的表面覆盖层包括粘附层以及一层或多层硬质覆盖层。表面覆盖层可以包括任何其他的层，只要表面覆盖层包括上述这些层即可。

这样构造本发明的表面覆盖层，使得首先形成粘附层以覆盖立方氮化硼烧结体的表面的一部分，然后使硬质覆盖层覆盖粘附层以及立方氮化硼烧结体的没有被粘附层覆盖的部分。

形成这样的表面覆盖层主要是为了增强立方氮化硼烧结体的耐磨性。下文将对各层加以描述。

<粘附层>

本发明的粘附层是至少包含W的金属层，并且该粘附层被形成为覆盖在立方氮化硼烧结体的表面的一部分上。本发明的特征在于：在所述立方氮化硼烧结体表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为0.01%至20%，更优选为0.02%至1%。当按照上述方式构造粘附层时，本发明的表面被覆烧结体具有高度的耐热性、强度和韧性，由此表现出使立方氮化硼烧结体与表面覆盖层非常牢固地彼此粘附的优异效果。

这里，“金属层”是指构成该层的主要成分为金属单质，如果表面覆盖层的成分已扩散至立方氮化硼烧结体的某一部分，则“立方氮化硼烧结体的表面”包括这一部分。

粘附层含有W，W为熔点较高的金属材料，因此，即使当表面被覆烧结体被施加高温时（例如，当将表面被覆烧结体用于切削工具时，在切削时其切削刃部分等会被施加高温），其软化程度也是有限的。另外，W高度地粘附至构成立方氮化硼烧结体的立方氮化硼颗粒，并且还高度地粘附至硬质覆盖层。至少含有W的粘附层使得表面覆盖层具有非常优异的韧性。据信，W表现出如此优异的效果是因为，W能够与具有共价结合性及电绝缘性的立方氮化硼形成化学键，并且还能够与具有金属结合性及导电性的硬质覆盖层形成化学键。

由于立方氮化硼和硬质覆盖层均为硬质陶瓷，因此其中立方氮化硼和硬质覆盖层彼此接触的界面具有高强度，但是当该界面在高负荷下发生变形时，其会脆裂损坏。此外，立方氮化硼和粘附层之间的界面表现出了其强度在高温下迅速降低的趋势。因此，预计当向表面被覆烧结体施加高温时（例如，如果将表面被覆烧结体用于切削工具，则在切削过程中其切削刃部分会被施加高温），立方氮化硼颗粒与表面覆盖层之间的界面在受到强的冲击负荷或者周期性或非周期性重复负荷（变动负荷）时会被破坏并脱落，从而导致粘附性降低。

然而，这种预计是基于立方氮化硼烧结体的表面被粘附层或硬质覆盖层连续地覆盖的情况，而当采取本发明中的构造时，则能够获得完全不同于该预计的效果。具体而言，通过如下方式，成功地获得了立方氮化硼烧结体与表面覆盖层之间的非常牢固的粘附，所述方式为：这样构造表面覆盖层，使得首先形成粘附层以覆盖立方氮化硼烧结体的表面的一部分，然后使硬质覆盖层覆盖粘附层以及立方氮化硼烧结体的没有被粘附层覆盖的部分；并且采用这样的构成：在所述立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为0.01%至20%。

即，通过使如下两个界面以上述特定比率存在，可制得即使在高温下也具有高硬度和优异韧性的界面，所述两个界面为：其中立方氮化硼颗粒与硬质覆盖层彼此直接结合的牢固且耐热性高的界面；以及其中立方氮化硼颗粒与粘附层彼此直接结合的具有优异韧性的界面。据认为，表现出这种优异效果的原因可能主要是前一界面经受高负荷而后一界面吸收变形。还预计上述两种界面的存在会抑制在不同界面间的边界处的裂纹生长，从而防止因裂纹生长导致的表面覆盖层的脱落，由此提高了立方氮化硼烧结体和表面覆盖层之间的粘附性。

需要说明的是，如果在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率小于0.01%，则表面被覆烧结体不能吸收界面的变形并且会具有较差的韧性；如果上述比率高于20%，则表面被覆烧结体具有差的耐热性和强度。

<粘附层的状态>

优选的是，本发明的粘附层为非晶态，或者由平均粒度等于或小于5nm的超细颗粒构成。更优选的是，本发明的粘附层是它们的混合相。

通常，结合性或导电性不同的材料不能在它们之间直接形成化学键，并且它们的界面具有较差的粘附性。可以将这些材料混合，以使这些材料间的界面具有由这些材料的元素混合在一起而形成的化合物，在本发明中，将会形成包含在表面覆盖层中的金属成分的硼化物或氮硼化物作为这样的化合物。然而，这种氮化物或氮硼化物是脆性材料，并且，最终会形成共价结合性且电绝缘性的材料或金属结合性且导电性的材料。因此据信，这种界面的粘附性不会得到实质性的改善。

与此相对，本发明的粘附层含有W，其为具有金属结合性及导电性的金属，并且为过渡金属中电子数最多的元素之一。因此W能够呈现各种电子排布方式，并且据信，W有可能与共价结合性材料形成化学键。本发明的本发明人已经研究证实，呈非晶态或由平均粒度等于或小于5nm的超细颗粒构成的粘附层（特别是W）呈现出特定的电子结构，并由此产生共价成分和金属结合性成分，因而能够与作为共价材料的立方氮化硼以及具有金属结合性和导电性的硬质覆盖层这二者形成强的化学键。

值得注意的是，平均粒度超过5nm会导致仅仅是颗粒表面具有上述电子结构，由此导致上述合适的状态在粘附层整体中所占的比例降低，从而使得大部分由普通的金属结合性W形成。这降低了与立方氮化硼间的化学键的密度。另一方面，平均粒度具有较小的值是优选的，因此不必特别限定其下限值。然而，平均粒度小于0.5nm实质上与非晶态并无差别。

值得注意的是，虽然W可部分地与立方氮化硼混合，但是主相优选为具有非晶态或由上述超细颗粒构成的W金属。

具有上述状态的粘附层的强度、硬度、韧性以及类似的机械特性得到提高，因此就这一点而言该粘附层也是特别优异的。

然而，如果粘附层完全是非晶态的，那么其具有均匀的结构，因此其可能具有较差的强度。如果粘附层完全仅由上述超细颗粒构成，那么在超细颗粒的颗粒边界处可能存在间隙，因而粘附层可能具有较差的强度和韧性。因此，具有由非晶态和超细颗粒构成的混合相的粘附层是特别优选的，因此该粘附层具有填充于超细颗粒之间的间隙处的非晶相，或者具有存在于非晶相的基相中的超细颗粒，因而成为强度和韧性特别优异的粘附层。

另外，通过这样形成粘附层，使得具有较多非晶态的部分更靠近于立方氮化硼烧结体，从而可使粘附层具有更优异的粘附性。

值得注意的是，可以使用透射电镜（TEM）/能量色散型X射线光谱（EDS）测量粘附层的透射电子衍射，从而确定粘附层的这种状态。在这种情况中，当透射电子衍射图像包含晕圈成分（halocomponent）时，表示存在非晶态（非晶相）。当存在衍射图案时，表示包含超细颗粒。当二者均被观察到时，表示是二者的混合相。可以在高放大倍率的TEM图像中确认超细颗粒的粒度，并且可以通过测量10个或更多个这种颗粒的粒度并计算这些粒度的平均值来获得这些颗粒的平均粒度。

<粘附层的组成>

优选的是，本发明的粘附层含有0.05原子%至95原子%的W，这是因为含有W使得粘附层能够获得上述优异效果。含有小于0.05原子%的W的粘附层可能无法充分地获得上述优异效果。另外，通过混合少量的不同元素可以促进W的效果，因此小于或等于95原子%是优选的。所述不同元素的例子可以包括：氧、碳、氮、硼和类似的轻质元素；IVa族元素、Va族元素、VIa族元素和类似的过渡金属；Co、Fe、Ni和类似的铁族金属；以及Y、Al、Si等。值得注意的是，如果W的含量超过95原子%，则W可能结晶并且易于形成不利的粗颗粒。W的含量更优选为5原子%至70原子%。

另外，粘附层优选含有Ti和Cr中的一者或两者，并且Ti和Cr中的一者或两者相对于W的原子比值为0.1至3，更优选为0.8至2.5。当同时含有Ti和Cr时，它们的总原子比值应落入上述范围内。

当以上述原子比值含有Ti和Cr中的一者或二者时，可以提供提高了的机械特性。值得注意的是，如果上述原子比值小于0.1，可能不会获得这种提高了的机械特性，而原子比值超过3则可能会导致硬且脆的粘附层，由此不利地导致差的机械特性。

另外，本发明的粘附层优选含有0.1原子%至20原子%、更优选为1原子%至10原子%的选自由Co、Ni和Fe构成的组中的至少一种元素。当含有这些元素中的两种或更多种时，优选的是，这些元素的总量落入上述范围内。

添加选自由Co、Ni和Fe构成的组中的至少一种元素可使得W能够更为密集地提供化学键，并使机械特性得到提高。这是因为粘附层能够更有效地具有上述非晶态或超细颗粒结构，并且能够使共价结合性成分增多。特别是，提高了的机械特性的例子可以包括：粘附层的韧性提高、以及防止粘附层因疲劳断裂而造成的脱落。

值得注意的是，如果上述含量小于0.1原子%，那么不能获得上述效果，如果上述含量超过20原子%，那么W的特性可能受到损失。

可以通过透射电镜（TEM）/能量色散型X衍射光谱（EDS）来确定粘附层的这种组成。

<粘附层的厚度>

优选的是，粘附层的厚度为0.5nm至30nm。粘附层厚度位于该范围内时粘附层可具有高强度并很好地粘附于立方氮化硼和硬质覆盖层二者上（或者对立方氮化硼和硬质覆盖层这二者具有高的亲和性）。更优选的是，粘附层的厚度为2nm至20nm。

粘附层的厚度小于0.5nm时可能不能够获得上述效果。粘附层的厚度超过30nm时，金属W的强度起主导作用，由此与立方氮化硼之间的界面的强度可能降低。

可以使用透射电镜（TEM）/能量色散型X射线光谱（EDS）来确定粘附层的这种厚度。

<硬质覆盖层>

本发明的表面覆盖层包括一层或多层硬质覆盖层，该硬质覆盖层被形成为覆盖在立方氮化硼烧结体（其上未形成有粘附层的部分）和粘附层上。优选的是，硬质覆盖层的应力为-1.5GPa至+0.5GPa，更优选为-1GPa至0GPa。

这里，由带有符号“+”的数值表示的应力表示拉伸应力，由带有符号“-”的数值表示的应力表示压缩应力。可以通过（例如）法等来测量所述应力。

如果硬质覆盖层的应力超过0.5GPa，则硬质覆盖层的强度和韧性会大幅下降，当将该硬质覆盖层用于切削工具时，工具的切削刃的抗崩裂性（或耐磨性）可能会降低。另外，如果应力小于-1.5GPa时，硬质覆盖层会发生自破损、崩裂和脱落，并且可能不再能够改善耐磨性（或者可能降低与立方氮化硼烧结体间的粘附性）。

优选的是，这样的硬质覆盖层由一层或多层构成，并且包含下面将要描述的第一覆盖层作为其中的一层。优选的是，这种硬质覆盖层由这样的化合物构成，该化合物由从元素周期表的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、Al和Si构成的组中选出的至少一种元素与从硼、碳、氮和氧构成的组中选出的至少一种元素形成。这能够提供优异的耐磨性。

另外，优选的是，本发明的硬质覆盖层的厚度为0.5μm至20μm，更优选为0.75μm至7μm。当硬质覆盖层的厚度小于0.5μm时，硬质覆盖层可能不能表现出充分的耐磨性，而当硬质覆盖层的厚度超过20μm时，硬质覆盖层往往会崩裂和脱落。

<第一覆盖层>

优选的是，本发明的硬质覆盖层包括作为最底层的与立方氮化硼烧结体和粘附层接触的第一覆盖层，第一覆盖层由这样的化合物构成，该化合物由从周期表的IVa族元素（Ti、Zr、Hf等）、Va族元素（V、Nb、Ta等）、VIa族元素（Cr、Mo、W等）、Al和Si构成的组中选出的至少一种元素与从硼、碳、氮和氧构成的组中选出的至少一种元素形成。这种化合物的例子可包括TiN、TiCN、TiB₂、TiAlN、AlCrN、TiSiCN等。值得注意的是，在本发明中，当由化学式（例如）TiCN表示所述化合物时，除非另有说明，否则该化合物应当包括任何常规已知的原子比，而并不表示Ti、C和N的原子比为1:1:1。

特别地，优选的是，第一覆盖层由从TiAlN、AlCrN和TiSiCN构成的组中选出的至少一种化合物构成，或者由含有所述化合物的固溶体构成；或者所述第一覆盖层由超多层层叠体构成，该超多层层叠体具有所述化合物或所述固溶体作为构成层。

具有上述构造的第一覆盖层的硬度可显著提高，由此，其机械特性与粘附层的机械特性以及立方氮化硼烧结体的机械特性相匹配，并且获得了高的对粘附层和立方氮化硼烧结体的粘附性。这种第一覆盖层为具有导电性和金属结合性的覆盖层，当第一覆盖层的组成中包含Al的氮化物或Si的碳化物/氮化物、以及它们的固溶体时，这些化合物部分地包含共价键。因此，由于本发明的粘附层既包含共价键又包含金属结合性键，因此第一覆盖层和粘附层具有更强的化学键，并且因此可以获得极高的粘附性。

另一方面，当第一覆盖层由超多层层叠体构成时，在粘附层上形成的多个初始层受到粘附层的影响，从而变为更易于形成化学键的电子结构，由此能够进一步提高对粘附层的粘附性。值得注意的是，超多层层叠体是指由约10至5000层纳米层形成的层叠体，各层均由上述化合物或固溶体构成且为约0.5nm至20nm。更优选的是，两种或更多种上述构成层反复堆叠是合适的。

另外，优选的是，第一覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内的由粒度为1nm至20nm的柱状晶体构成的区域（即，沿厚度方向的区域）。这样第一覆盖层能够与粘附层具有优异的结构一致性，并由此进一步提高粘附性。

这里，柱状晶体的粒度是指其直径。可以通过高分辨率SEM或TEM观测来确认柱状晶体，并且柱状晶体的粒度也可以通过TEM观测来确定。

<应用>

本发明的表面被覆烧结体可以单独使用，其也可以（例如）与由硬质合金等构成的基材接合，从而用作切削工具等。特别地，本发明适于用作这样的切削工具，该切削工具是通过将表面被覆烧结体接合至由硬质合金形成的基材的切削刃部分而形成的。

这里，优选的是，上述硬质合金至少包含WC和Co。

<制造方法>

本发明的立方氮化硼烧结体可以通过常规已知的制造方法获得，例如超高压烧结法。另外，可以按照（例如）如下方式在立方氮化硼烧结体上形成表面覆盖层：

具体而言，可以通过溅射在立方氮化硼烧结体上形成构成粘附层的金属，然后通过蚀刻部分地去除该金属，由此形成粘附层。也可通过提高溅射用偏压从而在立方氮化硼烧结体上直接形成粘附层（在这种情况下，同时进行膜沉积和蚀刻）。

另一方面，可以通过电弧放电式离子镀或溅射来形成硬质覆盖层。当采用电弧放电式离子镀时，可以通过使用将构成硬质覆盖层的某种金属的金属蒸发源以及反应性气体（例如CH₄、N₂、O₂等），并采用常规已知的条件来形成硬质覆盖层。当采用溅射时，可以通过使用将构成硬质覆盖层的某种金属的金属蒸发源、反应性气体（例如CH₄、N₂、O₂等）以及溅射气体（例如Ar、Kr、Xe、He、Ne等），并采用常规已知的条件来形成硬质覆盖层。

由此可制得本发明的表面被覆烧结体。当将表面被覆烧结体与（例如）由硬质合金形成的基材接合以获得切削工具时，可以按照如下方式来制备切削工具。

首先，可以按照常规已知的烧结和成形方法来制备硬质合金制基材。然后，使用已知的钎焊料并通过已知的接合方法将表面被覆烧结体接合至所述基材的合适部分，从而可制得切削工具。

例子

下面将参照实施例更详细地描述本发明。然而本发明不限于这些实施例。值得注意的是，在以下说明中，除非另有说明，否则硬质覆盖层表示第一覆盖层。

<实施例1至7和比较例1至2>

将表面被覆烧结体接合至硬质合金制基材的切削刃部分，从而制备切削工具。

作为硬质合金制基材，制备了形状为ISOCNMA120408的硬质合金（相当于K10），其切削刃部分（或角部）具有按照以下将要描述的方式制得的、通过Ti-Zr-Cu钎焊料接合至其上的立方氮化硼烧结体（形状：底面为等腰三角形且厚度为2mm的三棱镜状，该等腰三角形的顶角为80°、并且将该顶角夹在中间的两腰的边长为2mm），随后对该接合体的外周以及上下表面进行研磨，从而获得具有负倒棱（negative-land）（宽度为150μm，角度为25度）的切削刃（该产品在下文中将被称为烧结体工具）。

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti以使得粘结剂的组成为TiN和TiB₂）混合在一起，以使立方氮化硼的含有率（体积%）如下表1所示，并通过在1450℃和5.5GPa下对该混合物进行烧结，由此来制备立方氮化硼烧结体。（需要注意的是，除非另有说明，粉状原料的混合比例反映出立方氮化硼烧结体的组成比例，这也适用于以下各实施例。）

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至500℃，并使用Ar离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备组成为包含25原子%的W、50原子%的Cr、12.5原子%的Co和12.5原子%的Fe的靶材，并在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行一段时间的溅射，直至获得厚度为20nm的层。

随后，用Ar离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为1nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节经溅射而预先形成的粘附层的厚度以及Ar离子的蚀刻量来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至300℃以提供处于非晶态的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层和立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Ti_0.9Si_0.1N，并且将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极以进行冷阴极电弧放电从而进行蒸发和电离，这持续一段时间直至获得2μm的厚度，从而形成Ti_0.9Si_0.1N硬质覆盖层。需要注意的是，将偏压调至-30V、将压力调至3.5Pa、并将基材的温度调至600℃，从而使得硬质覆盖层的应力为-1.1GPa，并使得该硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为2nm的柱状晶体构成的区域。

由此，制备了实施例1至7和比较例1至2的切削工具。

<实施例101至109>

作为硬质合金制基材，制备了形状为ISOCNMA120408的硬质合金（相当于K10），其切削刃部分（或角部）具有按照以下将要描述的方式制得的、通过Ti-Zr-Cu钎焊料接合至其上的立方氮化硼烧结体（形状：底面为等腰三角形且厚度为2mm的三棱镜状，该等腰三角形的顶角为80°、并且将该顶角夹在中间的两腰的边长为2mm），随后对该接合体的外周以及上下表面进行研磨，从而获得具有负倒棱（negative-land）（宽度为150μm、角度为25度）的切削刃（该产品在下文中将被称为烧结体工具）。

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了W、Co、B和C，以使得粘结剂的组成为W的碳化物、W、Co的碳化物或Co的硼化物、以及W-Co的固溶体）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为92体积%，并通过在1500℃和5.5GPa下对该混合物进行烧结，由此来制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至500℃，并使用Ar离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备W的靶材以及包含Al和Si（组成比例为2:1）的靶材，并在引入Ar的同时，在1Pa下以及各靶材的溅射电力为0.1kW至10kW下进行一段时间的溅射，直至获得厚度为30nm的层，其中将各个靶材调节为具有表2中的组成。然而，需要注意的是，对于实施例109中的粘附层，仅使用W靶材在5kW下进行溅射。

随后，用Kr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为2nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Kr气体流速、偏压、真空度以及基材温度来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至350℃。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Ti_0.65Cr_0.2Al_0.1Si_0.05N，并且将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极以进行冷阴极电弧放电从而进行蒸发和电离，这持续一段时间直至获得1.1μm的厚度，从而形成Ti_0.65Cr_0.2Al_0.1Si_0.05N硬质覆盖层。需要注意的是，将基材的温度调至600℃、将压力调至4Pa并将偏压调至-30V，从而使得硬质覆盖层的应力为-0.5GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为500℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为4nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例101至109的切削工具。实施例101至108中的粘附层是由平均粒径为2nm的超细颗粒形成的，而实施例109中的粘附层是由粒径为10nm的结晶状态的粗颗粒形成的。

<实施例201至207>

作为硬质合金制基材，制备了形状为ISOCNMA120408的硬质合金（相当于K10），其切削刃部分（或角部）具有按照以下将要描述的方式制得的、通过Ti-Zr-Cu钎焊料接合至其上的立方氮化硼烧结体（形状：底面为等腰三角形且厚度为2mm的三棱镜状，该等腰三角形的顶角为80°，并且将该顶角夹在中间的两腰的边长为2mm），随后对该接合体的外周以及上下表面进行研磨，从而获得具有负倒棱（negative-land）（宽度为150μm，角度为25度）的切削刃（该产品在下文中将被称为烧结体工具）。

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti和Al，使得粘结剂的组成为TiCN、TiB₂、AlN和AlB₂）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为70体积%，并通过在1400℃和5.0GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备含有W、Co、Ni和Cr（原子组成W:Co:Ni:Cr=5:4:4:X1，其中X1如表3中所示那样变化）的靶材，在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行一段时间的溅射，直至获得厚度为50nm的层。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为10nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。此时，在电弧电流为100A、引入了Ar的压力为1Pa、偏压为600V的条件下进行蚀刻。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进一步进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至300℃，以构成具有由非晶态和平均粒径为1nm的超细颗粒构成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Ti_0.5Al_0.5N，并且将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极，从而进行冷阴极电弧放电以进行蒸发和电离，这持续一段时间直至获得3μm的厚度，从而形成Ti_0.5Al_0.5N硬质覆盖层。需要注意的是，硬质覆盖层的应力为-1GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为500℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为4nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例201至207的切削工具。

<实施例301至307>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti、W和C，使得粘结剂的组成为TiWN、WC和TiB₂）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为50体积%，并通过在1350℃和5.5GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备含有W、Ti、Cr和Co（原子组成W:Ti:Cr:Co=60:9:9:X2，其中X2如表4所示那样变化）的靶材，并在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行一段时间的溅射，直至获得厚度为35nm的层。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为7nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至350℃，以构成具有由非晶态和平均粒径为3nm的超细颗粒构成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Al_0.7Cr_0.23Si_0.07N，并且将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极，从而进行冷阴极电弧放电以进行蒸发和电离，这持续一段时间直至获得1.8μm的厚度，从而形成Al_0.7Cr_0.23Si_0.07N硬质覆盖层。需要注意的是，硬质覆盖层的应力为-1.3GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为600℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为1.5nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例301至307的切削工具。

<实施例401至409>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti、Hf和Al，使得粘结剂的组成为TiHfCN、TiB₂、HfB₂、AlN和AlB₂）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为60体积%，并通过在1400℃和5.5GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备具有如下组成的靶材，其中W为53原子%、Cr为5原子%、并且Co为42原子%；并在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行一段时间的溅射，直至获得厚度为1.5nm至180nm的层。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其具有如表5中所示的厚度，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至350℃，以构成具有由非晶态和平均粒径为0.7nm的超细颗粒构成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Ti_0.4Al_0.6N和Al_0.6Cr_0.3Si_0.1N这两种组成彼此交替堆叠而形成的超多层层叠体，其中每种组成为50层，这种硬质覆盖层是通过以下方式制得的：使Ti_0.4Al_0.6和Al_0.6Cr_0.3Si_0.1这两种蒸发源同时放电，并且使烧结体工具旋转通过所述蒸发源之间。持续进行膜沉积，直至硬质覆盖层的厚度达到1μm。需要注意的是，通过在50kHz下施加-50V至+15V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为+0.4GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为550℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为2nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例401至409的切削工具。

<实施例501至507>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti、Al和Zr，使得粘结剂的组成为TiCN、TiB₂、AlN、AlB₂和ZrO₂）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为85体积%，并通过在1450℃和5.5GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。通过溅射来气相沉积W和Co、同时通过电弧放电式离子镀来气相沉积Cr，从而形成具有如下组成的粘附层：W为33.3原子%、Cr为33.3原子%、并且Co为33.3原子%。所述形成持续一段时间，直至粘附层的厚度达到40nm。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为9nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，在基材的温度被调整为350℃至650℃、并且偏压被调整为-50V至-500V的情况下进行溅射和电弧放电式离子镀，从而如表6所示那样改变粘附层的状态。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层和立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Al_0.65Ti_0.3Si_0.05C_0.05N_0.95，并且将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极，从而进行冷阴极电弧放电以进行蒸发和电离，这持续一段时间直至获得4.5μm的厚度，从而形成Al_0.65Ti_0.3Si_0.05C_0.05N_0.95硬质覆盖层。需要注意的是，通过在50kHz下施加-50V至0V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为-0.2GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为250℃至550℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为1.5nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例501至507的切削工具。

<实施例601至605以及比较例601至602>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了W、Co、B和C，使得粘结剂的组成为W、Co、B和C的化合物，如WC和WCoB₂）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为95体积%，并通过在1450℃和6.0GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。通过溅射来形成W和Co，并通过电弧放电式离子镀来形成Cr，由此形成具有如下组成的粘附层：W为29原子%、Cr为58原子%并且Co为13原子%。所述形成持续一段时间，直至粘附层厚度达到75nm。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为15nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率如表7中所示，可通过调节蚀刻条件以使电弧电流为50A、引入Ar和N₂（比例为9:1）的压力为1Pa并且偏压为300V至900V，从而进行这种调整。需要注意的是，溅射和电弧放电式离子镀同时进行，以构成具有由非晶态和平均粒径为0.6nm的超细颗粒形成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Al_0.7Ti_0.3N，并且将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极，从而进行冷阴极电弧放电以进行蒸发和电离，这持续一段时间直至获得4μm的厚度，从而形成Al_0.7Ti_0.3N硬质覆盖层。需要注意的是，通过在50kHz施加-20V至0V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为±0GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为600℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为15nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例601至605以及比较例601至602的切削工具。

<实施例701至707>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti、Zr和Al，使得粘结剂的组成为TiZrCN和Al₂O₃）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为45体积%，并通过在1350℃和5.5GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备具有如下组成的靶材，其中W为70原子%、Fe为30原子%；在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行一段时间的溅射，直至获得厚度为70nm的层。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为15nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至400℃，以构成具有由非晶态和平均粒径为4.5nm的超细颗粒构成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Ti_0.93Si_0.07N和Ti_0.5Al_0.3Cr_0.1Si_0.1N这两种组成彼此交替堆叠而形成的超多层层叠体，其中每种组成为1050层，并且这种硬质覆盖层是通过以下方式制得的：使两种蒸发源同时放电并且使烧结体工具旋转通过所述蒸发源之间，其中所述两种蒸发源被制备为使得构成所述覆盖层的两种层分别具有Ti_0.93Si_0.07N和Ti_0.5Al_0.3Cr_0.1Si_0.1N的组成。持续进行膜沉积，直至硬质覆盖层的厚度达到6.3μm。需要注意的是，通过在50kHz下施加+20V、+10V、-10V、-25V、-50V、-80V、-100V至0V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力如表8所示那样变化。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为600℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为3nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例701至707的切削工具。

<实施例801至807>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Al，使得粘结剂的组成为Al、AlN和AlB₂）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为98体积%，并通过在1450℃和6.0GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备组成为包含90原子%的W和10原子%的Ti的靶材，并在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行一段时间的溅射，直至获得厚度为100nm的层。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为22nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至300℃，以构成处于非晶态的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Al_0.8Cr_0.2N，并且将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极以进行冷阴极电弧放电从而进行蒸发和电离，这持续一段时间直至获得表9中所示的厚度，从而形成Al_0.8Cr_0.2N硬质覆盖层。需要注意的是，通过在50kHz下施加-50V至+30V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为-0.2GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为600℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为18nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例801至807的切削工具。

<实施例901至906>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti和Al，使得粘结剂的组成为TiC、TiCN、TiB₂、AlN和AlB₂）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为65体积%，并通过在1350℃和6.0GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备组成为包含76原子%的W、8原子%的Co、8原子%的Ni和8原子%的Fe的靶材，并在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行溅射；接下来，向烧结体工具施加-750V的偏压以通过电弧放电式离子镀将Ti蒸发并进行混合，从而形成组成如下的35nm厚的粘附层，该粘附层含有：45原子%的W、40原子%的Ti、5原子%的Co、5原子%的Ni以及5原子%的Fe。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为7nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至380℃，以构成具有由非晶态和平均粒径为1.8nm的超细颗粒构成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层的组成为Al_0.7Cr_0.3N和Ti_0.5Al_0.4Si_0.1N这两种组成彼此交替堆叠而形成的超多层层叠体，其中每种组成为800层，并且这种硬质覆盖层是通过以下方式制得的：使两种蒸发源同时放电并且使烧结体工具旋转通过所述蒸发源之间，其中所述两种蒸发源被制备为使得构成所述覆盖层的两种层分别具有Al_0.7Cr_0.3N和Ti_0.5Al_0.4Si_0.1N的组成。持续进行膜沉积，直至硬质覆盖层的厚度达到8μm。需要注意的是，通过在50kHz下施加-25V至0V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为+1.4GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为300℃至600℃，从而使硬质覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由具有表10中所示粒度的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例901至906的切削工具。

<实施例1001>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了TiAl₂N和W，使得粘结剂的组成为TiCN、TiB₂、AlN、AlB₂和WC）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为65体积%，并通过在1300℃和6.0GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备组成为包含40原子%的W、40原子%的Cr、以及20原子%的Co的靶材，并在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行一段时间的溅射，从而获得厚度为60nm的层。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为11nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至350℃，以构成具有由非晶态和平均粒径为1.1nm的超细颗粒构成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层由组成为TiN且厚度为0.3μm的第一覆盖层、以及形成于该第一覆盖层上且厚度为2.7μm的Ti_0.5Al_0.5N层（下文中将其称为“第二覆盖层”）构成。具体而言，将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极，从而进行冷阴极电弧放电以进行蒸发和电离，并调节膜沉积时间以获得上述厚度。需要注意的是，通过在50kHz下施加-50V至0V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为-0.6GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为600℃，从而使第一覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为1.5nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例1001的切削工具。

<实施例1002>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti、Al和W，使得粘结剂的组成为TiCN、TiB₂、AlN、AlB₂和WC）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为50体积%，并通过在1300℃和6GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备具有如下组成的靶材，其中W为45原子%、Ti为32原子%、并且Co为23原子%；并在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行溅射一段时间，以获得厚度为40nm的层。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为8nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至400℃，以构成具有由非晶态和平均粒径为1.2nm的超细颗粒构成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层由组成为Ti_0.2Al_0.7Si_0.1N且厚度为0.7μm的第一覆盖层、以及形成于该第一覆盖层上且厚度为1.3μm的Ti_0.92Si_0.08C_0.2N_0.8层（下文中将其称为“第二覆盖层”）构成。具体而言，将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极，从而进行冷阴极电弧放电以进行蒸发和电离，并调节膜沉积时间以获得上述厚度。需要注意的是，通过在50kHz下施加-60V至0V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为-0.4GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为600℃，从而使第一覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为1.2nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例1002的切削工具。

<实施例1003>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了TiN、AlN和W，使得粘结剂的组成为TiCN、TiB₂、AlN、AlB₂和WC）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为42体积%，并通过在1300℃和5.0GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上形成粘附层。按照如下方式形成粘附层：准备组成为W为85原子%且Ni为15原子%的靶材，并在引入Ar的同时，在1Pa下和5kW的溅射电力下进行溅射一段时间，以获得厚度为30nm的层。

随后，用Cr离子对粘附层进行蚀刻以使其厚度为6nm，由此通过如下方式调整粘附层的覆盖率。具体而言，这样调整粘附层的覆盖率，使得在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为15%。可通过调节Cr蒸发源的电弧电流、偏压、真空度、气体类型（N₂、Ar）及其比率来进行所述调整。需要注意的是，将溅射过程中的温度调节至450℃，以构成具有由非晶态和平均粒径为1.3nm的超细颗粒构成的混合相的粘附层。

接下来，通过电弧放电式离子镀在粘附层以及立方氮化硼烧结体的其上未形成有粘附层的部分上形成硬质覆盖层。硬质覆盖层由组成为Ti_0.7Zr_0.1Si_0.2N且厚度为0.5μm的第一覆盖层、以及作为超多层层叠体形成于该第一覆盖层上且厚度为1μm的层构成（下文中称之为“第二覆盖层”），其中该超多层层叠体通过交替层叠Ti_0.7Zr_0.1Si_0.2N和Al_0.7Ti_0.3N而形成，每种组成为25层。具体而言，按照如下方式制备第一覆盖层：将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极，从而进行冷阴极电弧放电以进行蒸发和电离，并调节膜沉积时间以获得上述厚度。通过使Ti_0.7Zr_0.1Si_0.2和Al_0.7Ti_0.3这两种蒸发源同时放电，并且使烧结体工具旋转通过蒸发源之间，从而制备第二覆盖层。需要注意的是，通过在50kHz下施加-50V至0V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为-1.2GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为600℃，从而使第一覆盖层具有与粘附层的界面相距20nm以内且由粒度为1.4nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得实施例1003的切削工具。

<比较例1001>

通过将粉状立方氮化硼与粘结剂用粉状原料（使用了Ti、Al和W，使得粘结剂的组成为TiCN、TiB₂、AlN、AlB₂和WC）混合在一起，以使得立方氮化硼的含有率为40体积%，并通过在1350℃和5GPa下烧结所得混合物，从而制备立方氮化硼烧结体。

将烧结体工具置于膜沉积装置中，随后将该装置抽真空，此后将烧结体工具加热至620℃，并使用Xe离子对其进行蚀刻。接着，在所述膜沉积装置中在立方氮化硼烧结体上未形成粘附层，而是通过电弧放电式离子镀在立方氮化硼烧结体上直接形成硬质覆盖层。该硬质覆盖层由厚度为3μm的Ti_0.5Al_0.5N层构成。具体而言，将用来提供该覆盖层组成的蒸发源作为阴极，从而进行冷阴极电弧放电以进行蒸发和电离，调整膜沉积时间，从而获得上述厚度。需要注意的是，通过在50kHz下施加-70V至0V的脉冲偏压作为偏压，使得硬质覆盖层的应力为-1GPa。此外，在膜沉积的初期将基材的温度设定为600℃，从而使硬质覆盖层具有与基材的界面相距20nm以内且由粒度为10nm的柱状晶体构成的区域。

由此制得比较例1001的切削工具。

<测量条件>

如下所述测量上述实施例和比较例中的数值。

<表面覆盖层的测量>

通过如下测量来评价粘附层的状态（或结构），包括厚度、组成、结晶度、以及粘附层的超细颗粒的平均粒度：具体而言，首先，通过聚焦离子束（FIB）法形成包含立方氮化硼烧结体和表面覆盖层的截面。然后，利用扫描透射电子显微镜（STEM）/能量色散型X射线光谱（EDS）观察截面中立方氮化硼烧结体与粘附层之间的界面。

随后，利用“截面的STEM图像观察”来测量粘附层的“厚度”、形成超细颗粒的情况下它们的粒径、以及硬质覆盖层（第一覆盖层）中的与硬质覆盖层和粘附层间的界面相距20nm以内的区域中的柱状晶体的粒度。另外，利用“EDX分析”对组成进行评价，并利用“电子衍射”对结晶度加以评价。此外，按照与对粘附层进行的相似的方法也获得硬质覆盖层的厚度、组成等。

值得注意的是，对经离子束处理至厚度为约100nm的样品进行EDS分析，并且将STEM的电子束直径设置为并将观察时的放大倍率设为100000倍以上。在此情况下，调整电子束的入射角度，使得与其他金属元素成分（包括构成硬质覆盖层的金属元素）、B等相比，粘附层的对比度或W的对比度最大。

另外，粘附层具有不均匀性，在观察粘附层的组成时，可以检测出硬质覆盖层的元素或立方氮化硼烧结体的元素。另外，在形成粘附层或硬质覆盖层时，可以控制用于沉积膜的种类的能量，从而使粘附层与立方氮化硼烧结体或硬质覆盖层混合，并且这也会产生上述这样的分析结果。在这种情况下检测出的结果也作为粘附层的组成。

<粘附层的覆盖率>

按照下述方式测量在立方氮化硼烧结体的表面中，与粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与粘附层或硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率。

具体而言，首先利用离子束处理上述形成的截面（该截面包含立方氮化硼烧结体和表面覆盖层）以使该截面变平。然后，对于经过平整处理的截面，用高分辨率扫描电镜（SEM）观察立方氮化硼颗粒与表面覆盖层之间的界面，并利用EDS对界面中检测出W的立方氮化硼颗粒以及界面中未检测出W的立方氮化硼颗粒进行计数。由此获得上述比率。

值得注意的是，SEM在图像中示出了组成，观察到含W的粘附层作为具有尤其高的亮度的层，因此，可以从是否存在该亮的层来简单地确定粘附层。

<评价方法>

使用上述获得的实施例和比较例的切削工具，在如下切削条件下进行两种切削测试。切削测试A可主要评价硬质覆盖层的粘附性、耐磨性和由累积崩裂引起的损坏，切削测试B可以评价硬质覆盖层的粘附性、耐磨性和抵抗较大崩裂的耐崩裂性。这两种测试均以后刀面磨损量（Vb）达0.2mm时所花费的时间（即切削时间）作为工具寿命，切削时间越长，则表明立方氮化硼烧结体与表面覆盖层之间的粘附性越好（即，耐磨性和韧性均优异）。结果在表1至11中示出。值得注意的是，在这些表中，术语“脱落/崩裂”表示在切削测试期间，表面覆盖层脱落或者切削工具崩裂，因而无法测量其切削时间。

<切削测试A（轻间断式测试）>

切削速度：V=170m/min

进给速度：f=0.1mm/rev

切削深度：d=0.2mm

湿式/干式：干式

工件：SCM435渗碳材料（HRC62），具有一个槽和氧化皮的圆棒形式

<切削测试B（强间断式测试）>

切削速度：V=200m/min

进给速度：f=0.05mm/rev

切削深度：d=0.2mm

湿式/干式：干式

工件：SUJ2（HRC60），具有6个纵向延伸的槽的圆棒形式

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

在上表中，“非晶态”表示粘附层具有非晶态，“非晶态&超细颗粒”表示粘附层为非晶态和超细颗粒的混合相。括号中的数值表示超细颗粒的平均粒度（nm）。

[表7]

[表8]

[表9]

[表10]

[表11]

从表1至11中显而易见的是，可以证实：与比较例相比，本发明的实施例提供的工具的寿命明显较长。也就是说，可以证实：本发明的表面被覆烧结体在立方氮化硼烧结体与表面覆盖层之间具有优异的粘附性，并且具有优异的耐磨性和韧性。

虽然已经对本发明的实施方案和实施例进行了上述说明，但是从开始就表示过可根据需要来组合上述实施方案和实施例的各构成。

应当理解，本文所公开的实施方案和实施例在各方面都是示例性的，而非限定性的。本发明的范围由权利要求书来限定，而不是由前述说明书限定，并且本发明旨在涵盖与权利要求书等同的含义和范围内的任何更改。

Claims

1.一种表面被覆烧结体，包括：

立方氮化硼烧结体；和

在其表面上形成的表面覆盖层，

所述立方氮化硼烧结体包含20体积％至99.5体积％的立方氮化硼、以及粘结剂，

所述表面覆盖层包括粘附层和至少一层硬质覆盖层，

所述粘附层是至少含有W的金属层，并且该粘附层被形成为覆盖在所述立方氮化硼烧结体的表面的一部分上，

所述硬质覆盖层被形成为覆盖在所述立方氮化硼烧结体和所述粘附层上，

在所述立方氮化硼烧结体的表面中，与所述粘附层接触的立方氮化硼颗粒相对于与所述粘附层或所述硬质覆盖层接触的立方氮化硼颗粒总数的比率为0.01％至20％，

所述粘附层含有Ti和Cr中的一者或两者，并且Ti和Cr中的一者或两者相对于W的原子比值为0.1至3。

2.一种表面被覆烧结体，包括：

立方氮化硼烧结体；和

在其表面上形成的表面覆盖层，

所述表面覆盖层包括粘附层和至少一层硬质覆盖层，

所述粘附层含有0.1原子％至20原子％的选自由Co、Ni和Fe构成的组中的至少一种元素。

3.根据权利要求1或2所述的表面被覆烧结体，其中所述粘附层为非晶态或者由平均粒度等于或小于5nm的超细颗粒构成。

4.根据权利要求1或2所述的表面被覆烧结体，其中所述粘附层含有5原子％至70原子％的W。

5.根据权利要求1或2所述的表面被覆烧结体，其中所述粘附层的厚度为0.5nm至30nm。

6.根据权利要求1或2所述的表面被覆烧结体，其中所述硬质覆盖层的应力为-1.5GPa至+0.5GPa。

7.根据权利要求1或2所述的表面被覆烧结体，其中：

所述硬质覆盖层包括作为最底层的与所述立方氮化硼烧结体和所述粘附层接触的第一覆盖层；并且

所述第一覆盖层由这样的化合物构成，所述化合物由从元素周期表的IVa族元素、Va族元素和VIa族元素、Al和Si所构成的组中选出的至少一种元素与从硼、碳、氮和氧所构成的组中选出的至少一种元素形成。

8.根据权利要求7所述的表面被覆烧结体，其中所述第一覆盖层由从TiAlN、AlCrN和TiSiN所构成的组中选出的至少一种化合物构成，或者由含有所述化合物的固溶体构成；或者所述第一覆盖层由超多层层叠体构成，所述超多层层叠体是指由10至5000层纳米层形成的层叠体，该超多层层叠体具有所述化合物或所述固溶体作为构成层。

9.根据权利要求7所述的表面被覆烧结体，其中，所述第一覆盖层具有与所述粘附层的界面相距20nm以内的由粒度为1nm至20nm的柱状晶体构成的区域。

10.根据权利要求1或2所述的表面被覆烧结体，其中所述硬质覆盖层的厚度为0.5μm至20μm。

11.一种切削工具，其通过将权利要求1或2中所述的表面被覆烧结体接合至硬质合金制基材的切削刃部分而形成。