CN103302323B

CN103302323B - 耐崩刀性、耐缺损性优异的表面包覆切削工具

Info

Publication number: CN103302323B
Application number: CN201310007836.XA
Authority: CN
Inventors: 龙冈翔; 岩崎直之; 长田晃
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-01-09
Also published as: JP2013184230A; JP5831704B2; CN103302323A

Abstract

本发明提供一种表面包覆切削工具，其硬质包覆层在高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性。本发明的表面包覆切削工具，在由WC基硬质合金或TiCN基金属陶瓷构成的工具基体表面上设置有硬质包覆层，其中，硬质包覆层由下部层和上部层构成，（a）下部层为由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的1层或2层以上构成，且具有3～20μm的合计平均层厚的Ti化合物层，（b）上部层为具有1～25μm平均层厚的氧化铝层，构成上部层的氧化铝层含有板状生长氧化铝晶相与非晶氧化铝相，在上部层的表面，板状生长氧化铝晶相的占有比例为5～35面积％，非晶氧化铝相以填充板状生长氧化铝晶相的间隙的方式存在。

Description

耐崩刀性、耐缺损性优异的表面包覆切削工具

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)，在伴有高热产生且断续的冲击性负荷作用于切削刃的各种钢或铸铁的高速断续切削加工中，由于硬质包覆层具备优异的耐崩刀性，从而经长期使用而发挥优异的切削性能。

背景技术

以往，已知有通常在由碳化钨(以下，以WC表示)基硬质合金或碳氮化钛(以下，以TiCN表示)基金属陶瓷构成的基体(以下，将这些总称为工具基体)的表面上，形成由以下(a)下部层及(b)上部层构成的硬质包覆层而成的包覆工具，已知该包覆工具用于各种钢或铸铁等的切削加工。

(a)下部层为由均由化学蒸镀而形成的Ti的碳化物(以下，以TiC表示)层、氮化物(以下，以TiN表示)层、碳氮化物(以下，以TiCN表示)层、碳氧化物(以下，以TiCO表示)层及碳氮氧化物(以下，以TiCNO表示)层中的1层或2层以上构成的Ti化合物层；

(b)上部层为由化学蒸镀而形成的氧化铝(以下，以Al₂O₃表示)层。

然而，所述包覆工具在较大负荷施加于切削刃的切削条件下，存在易产生崩刀、缺损等，且工具寿命较短的问题，因此为了消除这些问题，一直以来，提出有几种方案。

例如，专利文献1中提出有如下内容：发现具有由TiC层、TiN层、TiCN层、Ti的硼化物层、Ti的硼氮化物层等中的1层以上构成的下部层、及以由0.01～0.5μm粒度的α-氧化铝与晶化氧化铝构成的氧化铝组成的包覆层作为硬质包覆层，由此上部层的氧化铝为微粒，且生产率较高，从而改善包覆工具的耐崩刀性。

并且，专利文献2中公开有具有由TiC层、TiN层、TiCN层等组成的下部层与由Al₂O₃组成的上部层构成的硬质包覆层的切削工具，其中，上部层的Al₂O₃为由晶化Al₂O₃构成的层与由非晶Al₂O₃或非晶Al₂O₃与晶化Al₂O₃的混合而成的层的层叠，由此得到刀尖强度优异，耐剥离性、耐崩刀性、耐缺损性优异的切削工具。

并且，专利文献3中公开有通过包覆有包含Al等的氧化物、氮化物及氮氧化物的1种或2种以上的皮膜的切削工具，其中，所述皮膜由厚度为1.0μm以下的非晶层与厚度为2.0μm以下的结晶层的至少合计4层以上的交替层构成，由此与以往显著的柱状结晶相比不易产生龟裂，即使产生龟裂，龟裂的进展也由非晶层所抑制，因此能够减小包覆引起的工具强度下降，从而兼备优异的耐磨性与强度，除连续切削以外还能够适用于冲击荷载反复施加的连续切削或小部件的多个切削用途中。

并且，专利文献4中公开有在WC基硬质合金基体的表面，将包含Al₂O₃层的硬质包覆层例如由TiC层、TiN层、TiCN层、TiO₂层、TiCO层、TiNO层及TiCNO层组成的Ti化合物层中的1种或2种以上与Al₂O₃层构成的硬质包覆层以2～20μm的平均层厚进行化学蒸镀和/或物理蒸镀而成的表面包覆硬质合金制切削工具，其中，将构成所述硬质包覆层的Al₂O₃层以Al₂O₃的主体具有α型结晶结构且柱状晶粒具有纵向并列配置的结晶组织的Al₂O₃层构成，从而提供一种具有优异的耐崩刀性的表面包覆硬质合金制切削工具。

专利文献1：日本专利公开昭59-28565号公报

专利文献2：日本专利公开昭59-25970号公报

专利文献3：日本专利公开平1-295702号公报

专利文献4：日本专利公开平10-76405号公报

现状如下：近年来，对切削加工的省力化及节能化的要求强烈，随此，包覆工具也逐步在更加苛刻的条件下使用，例如，所述专利文献1至4中所示的包覆工具使用于伴随高热产生，并且断续的冲击性负荷作用于切削刃的高速断续切削加工时，上部层的耐机械冲击性、耐热冲击性不充分，因此易由切削加工时的高负荷而产生切削刃的崩刀、缺损，其结果，在比较短时间内达到使用寿命。

发明内容

因此，本发明人等从如上观点出发，对于即使在使用于伴随高热产生，且断续的冲击性负荷作用于切削刃的高速断续切削加工时，硬质包覆层仍具备优异的冲击吸收性，其结果在长期使用中发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性的包覆工具进行深入研究的结果，得到以下见解。

即，已知由所述以往的柱状纵向生长氧化铝晶相构成的层作为硬质包覆层的包覆工具，其中，与粒状氧化铝层相比具有高强度及高韧性，因此优选以2～25 μm的平均层厚包含该层的硬质包覆层具有优异的耐崩刀性、耐缺损性。然而，随着柱状纵向生长氧化铝晶相的增加，导热率增高，与其相反，热屏蔽效果下降，因此在伴随高热产生，并且断续的冲击性的负荷作用于切削刃的各种钢或铸铁的高速断续切削加工中，耐崩刀性、耐缺损性下降，因此在长期使用中无法发挥充分的耐磨性，并且，也不无法称之为能够满足工具寿命的硬质包覆层。

因此，本发明人等发现，通过由具有预定平均层厚的Ti化合物层组成的下部层与具有预定平均层厚的氧化铝层组成的上部层构成硬质包覆层，并使预定占有比例的板状生长氧化铝晶相与填充其间隙的非晶氧化铝相存在于上部层的氧化铝层，从而不会招致氧化铝层的热屏蔽效果的下降而能够提高机械、热耐冲击性，其结果，即使在伴随高热产生，并且断续的冲击性负荷作用于切削刃的各种钢或铸铁的高速断续切削加工中，也发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性。

并且发现，尤其在氧化铝层的表面研磨面中的板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子长度与最大粒子宽度的纵横尺寸比的平均值为5～30时，所述效果显著。

其中，本发明中的板状生长氧化铝晶相是指由具有形状各向异性的较薄且较平地生长的氧化铝结晶构成的相。

进一步发现，对于构成上部层的氧化铝层的截面研磨面，通过将板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子宽度的平均值设为20～1000nm，并且将最大粒子宽度与层厚方向的最大粒子长度的纵横尺寸比的平均值设为5～100，所述效果显著提高。

还发现，对于构成上部层的氧化铝层的表面研磨面的法线，测定板状生长氧化铝晶相的晶面即(0001)面的法线所呈的倾斜角，在该测定倾斜角中，将在0～90度范围内的测定倾斜角按照0.25度的间距进行分区，并且使在合计各分区内存在的度数而成的倾斜角度数分布曲线图中，将其设为75～90度范围内存在的度数的合计表示占倾斜角度数分布曲线图中的所有度数的45％以上的比例的倾斜角度数分布曲线图，从而能够控制成板状生长氧化铝结晶在层厚方向上较薄地生长。其结果，硬质包覆层的韧性得到提高，耐崩刀性、耐缺损性得到提高。

并且，具有前述结构的硬质包覆层例如能够通过以下的化学蒸镀法进行成膜。

(a)使用一般的化学蒸镀法在工具基体表面形成由预定目标厚度的Ti化合物层构成的下部层，

(b)在所述(a)的成膜过程之后，通过使用由TMA(三甲基铝)：0.1～0.5容量％、O₂：10～20容量％、Ar：剩余部分构成的反应气体，并将反应气氛压力设为1～2.5kPa，将反应气氛温度设为760～900℃来将化学蒸镀进行预定时间，从而形成板状生长氧化铝相与非晶氧化铝相以预定比例存在的预定目标厚度的上部层。

本发明是根据上述见解而完成的，其具有如下特征：

(1)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表面设置有硬质包覆层的表面包覆切削工具，其特征在于，

所述硬质包覆层由下部层与上部层构成，

(a)所述下部层为由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的1层或2层以上构成，且具有3～20μm的合计平均层厚的Ti化合物层，

(b)所述上部层为具有1～25μm平均层厚的氧化铝层，

构成所述上部层的氧化铝层含有板状生长氧化铝晶相与非晶氧化铝相，在所述上部层的表面，板状生长氧化铝晶相的占有比例为5～35面积％，非晶氧化铝相以填充板状生长氧化铝晶相的间隙的方式存在，氧化铝层的表面研磨面中的板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子长度与最大粒子宽度的纵横尺寸比为5～30。

(2)如(1)中所述的表面包覆切削工具，其特征在于，构成所述上部层的氧化铝层的截面研磨面中的板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子宽度的平均值为20～1000nm，所述最大粒子宽度与层厚方向的最大粒子长度的纵横尺寸比的平均值为5～100。

(3)如(1)或(2)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，以倾斜角度数分布曲线图表示时，75～90度范围内的倾斜角分区存在最高峰值，并且所述75～90度范围内存在的度数的合计，占所述倾斜角度数分布曲线图中的所有度数的45％以上的比例，其中，该倾斜角度数分布曲线图如下制作而成：对构成所述上部层的氧化铝层的表面研磨面中的板状生长氧化铝晶相，使用电子背散射衍射装置从构成所述上部层的氧化铝层的表面研磨面方向分析每个晶粒的结晶方位时，测定所述氧化铝层所含的板状生长氧化铝晶相的晶面即(0001)面的法线相对表面研磨面的法线所呈的倾斜角，将在所述测定倾斜角中处于0～90度范围内的测定倾斜角按照0.25度的间距进行分区，并且合计各分区内存在的度数。

下部层的Ti化合物层：

由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的1层或2层以上的Ti化合物层构成的下部层能够以一般的化学蒸镀条件形成，其本身具有高温强度，硬质包覆层通过该下部层的存在而具备高温强度，除此以外，与工具基体和由氧化铝构成的上部层均坚固地粘附，由此，具有有助于提高硬质包覆层的相对于工具基体的粘附性的作用。尤其在合计平均层厚为3～20μm时，显著发挥其效果。其原因在于，合计平均层厚不足3μm时，由于层厚较薄，因此不足以发挥所述作用，另一方面，若其合计平均层厚超过20μm，则Ti化合物的晶粒易粗大化，易产生崩刀。因此，将其合计平均定为3～20μm。

对于作为本发明的切削工具的主要特征部分的硬质包覆层的上部层，在图1中示意地表示，并且对于其特征在以下进行详细说明。

上部层的氧化铝层：

众所周知，构成上部层的氧化铝层具备高温硬度与耐热性，其平均层厚不足1μm时，无法确保长期使用中的耐磨性，另一方面，若其平均层厚超过25μm，则氧化铝晶粒易粗大化，其结果，不仅高温硬度、高温强度下降，而且高速断续切削加工时耐崩刀性、耐缺损性下降，因此将其平均层厚定为1～25μm。

板状生长氧化铝晶相与非晶氧化铝相在上部层的氧化铝层中的占有比例：

构成上部层的氧化铝层通过由板状生长氧化铝晶相构成，从而发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性，但板状生长氧化铝晶相具有因导热性较高而热屏蔽效果下降的特性。本发明中，通过以填充板状生长氧化铝晶相的间隙的方式形成非晶氧化铝相，从而抑制热屏蔽效果的下降，并且非晶氧化铝相所具有的优异的韧性与板状生长氧化铝晶相所具有的所述特性协同作用，从而即使在切削刃曝露于高温中且受到机械或热冲击的高速断续切削加工中，也具备优异的高温强度、高温硬度，同时发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性。

在此，若板状生长氧化铝晶相在上部层的表面中的占有比例不足5面积％，则无法确保对上部层所要求的耐崩刀性、耐缺损性，另一方面，若超过35面积％，则由于非晶氧化铝相的占有比例减少，因此无法充分发挥非晶氧化铝相所起的韧性提高效果与所述板状生长氧化铝晶相所起的耐崩刀性、耐缺损性提高效果的协同效果。因此，板状生长氧化铝晶相在上部层的表面中的占有比例定为5～35面积％。

板状生长氧化铝晶相在氧化铝层的表面研磨面中的纵横尺寸比：

若板状生长氧化铝晶相在构成上部层的氧化铝层的表面研磨面中的面内方向的最大粒子长度与最大粒子宽度的纵横尺寸比的平均值不足5，则作为板状生长氧化铝的特征的较高的耐磨性下降，因此不优选。另一方面，若超过30则韧性反而下降，耐崩刀性、耐缺损性下降，因此不优选。因此，板状生长氧化铝晶相在表面研磨面中的纵横尺寸比的平均值定为5～30。

板状生长氧化铝晶相在氧化铝层的截面研磨面中的最大粒子宽度与纵横尺寸比：

并且，若在构成上部层的氧化铝层的截面研磨面中，板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子宽度与膜厚方向的最大粒子长度的纵横尺寸比小于5，则有板状生长氧化铝的特征即较高的耐磨性下降的倾向，另一方面，若超过100，则韧性反而下降，有耐崩刀性、耐缺损性下降的倾向。因此，更加优选将板状生长氧化铝晶相的最大粒子宽度与膜厚方向的最大粒子长度的纵横尺寸比的平均值设为5～100。

并且，若在截面研磨面中板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子宽度不足20nm，则无法维持较高的耐磨性，因此不优选，另一方面，若超过1000nm，则由于韧性下降，因此不优选。因此，通过将板状生长氧化铝晶相在截面研磨面的面内方向上的最大粒子宽度的平均值设为20～1000nm，从而本发明的切削工具能够发挥更加优异的效果。

其中，最大粒子宽度与最大粒子长度是指，在计量板状生长氧化铝晶相的1个相(粒子)时，将粒子宽度(短边)中最大的值叫作最大粒子宽度，另一方面，将粒子高度(长边)中最大的值叫作最大粒子长度。本发明中，由使用扫描电子显微镜的截面研磨面的观察图像，通过图像处理计算出。

板状生长氧化铝结晶的结晶取向性：

另外，当构成上部层的板状生长氧化铝结晶的结晶取向性满足下述条件时，起到更进一步优异的效果。

即，以倾斜角度数分布曲线图表示时，75～90度范围内的倾斜角分区存在最高峰值，并且75～90度范围内存在的度数的合计，占倾斜角度数分布曲线图中的所有度数的45％以上的比例时，硬质包覆层的耐崩刀性、耐缺损性进一步提高。其中，该倾斜角度数分布曲线图如下制作而成：对构成上部层的氧化铝层的表面研磨面中的板状生长氧化铝晶相，使用电子背散射衍射装置从构成上部层的氧化铝层的表面研磨面方向分析每个晶粒的结晶方位时，测定氧化铝层所含的板状生长氧化铝晶相的晶面即(0001)面的法线相对表面研磨面的法线所呈的倾斜角，将在测定倾斜角中处于0～90度范围内的测定倾斜角按照0.25度的间距进行分区，并且合计各分区内存在的度数。

其原因在于，构成上部层的氧化铝结晶一般在下部层之上沿层厚方向柱状生长，但通过基于本发明的制造方法进行成膜时，板状生长氧化铝结晶在层厚方向较薄地生长。因此，硬质包覆层的韧性得到提高，耐崩刀性、耐缺损性得到提高。

本发明的包覆工具为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表面设置有硬质包覆层的表面包覆切削工具，其中，硬质包覆层由下部层与上部层构成，下部层为由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的1层或2层以上构成，且具有3～20μm的合计平均层厚的Ti化合物层，上部层为具有1～25μm平均层厚的氧化铝层，构成上部层的氧化铝层含有板状生长氧化铝晶相与非晶氧化铝相，在上部层的表面，板状生长氧化铝晶相的占有比例为5～35面积％，非晶氧化铝相以填充板状生长氧化铝晶相的间隙的方式存在，氧化铝层的表面研磨面中的板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子长度与最大粒子宽度的纵横尺寸比为5～30，从而即使在使用于钢或铸铁等的伴随高热产生且断续的冲击性高负荷作用于切削刃的高速断续切削加工时，耐崩刀性、耐缺损性仍优异，其结果，在长期使用中发挥优异的耐磨性，可实现包覆工具的长寿命化。

并且，构成上部层的氧化铝层的截面研磨面中的板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子宽度的平均值为20～1000nm，最大粒子宽度与层厚方向的最大粒子长度的纵横尺寸比的平均值为5～100，从而能够发挥更加优异的效果。

并且，以倾斜角度数分布曲线图表示时，75～90度范围内的倾斜角分区存在最高峰值，并且75～90度范围内存在的度数的合计，占倾斜角度数分布曲线图中的所有度数的45％以上的比例，从而，能够发挥更加优异的效果。其中，该倾斜角度数分布曲线图如下制作而成：对构成上部层的氧化铝层的表面研磨面中的板状生长氧化铝晶相，使用电子背散射衍射装置从构成所述上部层的氧化铝层的表面研磨面方向分析每个晶粒的结晶方位时，测定氧化铝层所含的板状生长氧化铝晶相的晶面即(0001)面的法线相对表面研磨面的法线所呈的倾斜角，将在测定倾斜角中处于0～90度范围内的测定倾斜角按照0.25度的间距进行分区，并且合计各分区内存在的度数。

附图说明

图1是表示本发明包覆工具的上部层的示意图。

图2是构成本发明包覆工具的上部层的板状生长氧化铝相的(0001)面的倾斜角度数分布曲线图的一例。

图3是本发明包覆工具6的表面观察照片的示意图。

图4是比较例包覆工具6的表面观察照片的示意图。

具体实施方式

以下，通过实施例更具体地说明本发明的包覆工具。

[实施例]

作为原料粉末，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粉末及Co粉末，将这些原料粉末配合成表1所示的配合组成，进一步加入石蜡在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后，以98MPa的压力冲压成型为预定形状的压坯，将该压坯在5Pa的真空中且1370～1470℃的范围内的预定温度中保持1小时的条件下真空烧结，烧结后，对切削刃部实施R：0.07mm的刃口修磨加工，从而分别制造出具有ISO·CNMG120412中规定的刀片形状的WC基硬质合金制工具基体A～E。

并且，作为原料粉末，准备均具有0.5～2μm平均粒径的TiCN(质量比为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，将这些原料粉末配合成如表2所示的配合组成，并以球磨机湿式混合24小时，干燥后，以98MPa的压力冲压成形为压坯，将该压坯在1.3kPa的氮气气氛中，以在温度1540℃中保持1小时的条件进行烧结，烧结后，对切削刃部分实施R：0.09mm的刃口修磨加工，从而形成具有ISO标准·CNMG120412的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制工具基体a～e。

以下，使用一般的化学蒸镀装置，在这些工具基体A～E及工具基体a～e的表面以表3所示的条件且以表7所示的目标合计平均层厚蒸镀形成Ti化合物层来作为硬质包覆层的下部层。

以下，停止Ti化合物层的成膜，以表4所示的条件且以表7所示的目标平均层厚蒸镀形成氧化铝层来作为硬质包覆层的上部层，从而制造出表7所示的本发明包覆工具1～15。

并且，以比较的目的，在工具基体A～E及工具基体a～e的表面上以表3所示的条件且以表8所示的目标合计平均层厚与本发明包覆工具1～15相同地蒸镀形成作为硬质包覆层的下部层的Ti化合物层。

以下，停止Ti化合物层的成膜，以表5所示的条件且以表8所示的目标平均层厚蒸镀形成氧化铝层来作为硬质包覆层的上部层，从而制作出表8所示的比较例包覆工具1～10。

另一方面，成膜Ti化合物层后，以与本发明相同的反应气体，但形成条件与本发明不同的表6所示的条件且以表8所示的目标平均层厚蒸镀形成氧化铝层来作为硬质包覆层的上部层，从而制作出表8所示的参考例包覆工具11～15。

并且，使用扫描电子显微镜测定本发明包覆工具1～15、比较例包覆工具1～10及参考例包覆工具11～15的各结构层的截面，并测量观察视场内的5点的层厚取其平均来求出平均层厚，结果均示出与表7及表8所示的目标平均层厚实际上相同的平均层厚。

使用扫描电子显微镜(倍率20000倍)对所述本发明包覆工具1～15、比较例包覆工具1～10及参考例包覆工具11～15的上部层的表面研磨面进行遍及纵10μm×横10μm的视场观察。其结果，对于本发明包覆工具1～15，观察到均存在板状生长氧化铝晶相及填充其间隙的非晶氧化铝相。并且，由视场观察结果求出板状生长氧化铝晶相的占有比例(面积％)。另外，若用扫描电子显微镜观察板状生长氧化铝晶相与非晶氧化铝相，则能够以对比度差异加以区别，对于对比度不同的两个相则使用电子背散射衍射图像装置，将可得到电子背散射衍射图像的作为晶相，得不到电子背散射衍射图像的作为非晶氧化铝相。并且，对于所述不同的两个相，使用透射电子显微镜进行电子衍射的结果，在板状生长氧化铝晶相中观察到具有六方晶格的氧化铝结晶的衍射图像，而在非晶氧化铝相中未观察到衍射图像，确认其为非晶组织。

另一方面，对于比较例包覆工具1～10，确认到均不存在板状生长氧化铝晶相及非晶氧化铝相。并且，对于参考例包覆工具11～15，虽然能够确认到板状生长氧化铝晶相及非晶氧化铝相，但也确认到未满预定的板状生长氧化铝晶相的占有比例(面积％)，或者板状生长氧化铝晶相的形状各向异性过小或过大，因此满足不了预定的纵横尺寸比。将其结果示于表7及表8。另外，将本发明包覆工具6的表面观察照片的示意图示于图3，比较例包覆工具6的表面观察照片的示意图示于图4。

以下，使用电子背散射衍射图像装置，对所述本发明包覆工具1～15及参考例包覆工具11～15的构成硬质包覆层的上部层的氧化铝层的表面研磨面分别制作倾斜角度数分布曲线图。即，所述倾斜角度数分布曲线图通过以下制作：对于本发明包覆工具1～15及参考例包覆工具11～15的上部层，以将表面设为研磨面的状态固定于场发射型扫描电子显微镜的镜筒内，在所述研磨面，以70度的入射角度将15kV加速电压的电子射线以1nA的照射电流，对30×50μm的区域以0.1μm/step的间隔照射电子射线，并使用电子背散射衍射图像装置，测定所述表面研磨面的测定范围内存在的板状生长氧化铝晶相的具有六方晶格的氧化铝晶粒的晶面即(0001)面的法线相对于所述研磨面的法线所呈的倾斜角，基于该测定结果，将在所述测定倾斜角中处于0～90度范围内的测定倾斜角按照0.25度的间距进行分区，并且合计各分区内存在的度数，从而制作倾斜角度数分布曲线图。另外，由于所述表面研磨面的测定范围内存在的非晶氧化铝相即使照射电子射线也得不到电子背散射衍射图像，因此所述倾斜角度数分布曲线图是针对板状生长氧化铝晶相进行合计的曲线图。

表7中示出本发明包覆工具1～15的在氧化铝层的倾斜角度数分布曲线中75～90度范围内的倾斜角分区中存在的度数占整个倾斜角度数分布曲线图的比例，表8中示出参考例包覆工具11～15的在氧化铝层的倾斜角度数分布曲线中75～90度范围内的倾斜角分区中存在的度数占整个倾斜角度数分布曲线图的比例。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

(注1)纵横尺寸比，最大粒子宽度表示平均值。

(注2)·表示在权利要求2的范围外，··表示在权利要求3的范围外。

[表8]

(注1)纵横尺寸比、最大粒子宽度表示平均值。

以下，对于所述本发明包覆工具1～15、比较例包覆工具1～10及参考例包覆工具11～15，以表9所示的条件实施切削加工试验，在切削试验中均测定切削刃的后刀面磨损宽度。将其测定结果示于表10。

[表9]

(注)工件均为长度方向等间隔带四根纵槽圆棒

[表10]

(比较例包覆工具及参考例包覆工具栏的切削试验结果表示以崩刀、缺损等为原因达到寿命为止的切削时间(分钟))

从表7及10所示结果明确可知，本发明包覆工具1～15中，硬质包覆层的上部层的氧化铝层含有具有预定的纵横尺寸比及倾斜角的板状生长氧化铝晶相与非晶氧化铝相，在上部层的表面中板状生长氧化铝晶相的占有比例为5～35面积％，从而即使在使用于钢或铸铁等的伴随高热产生且断续的冲击性高负荷作用于切削刃的高速断续切削加工，耐崩刀性、耐缺损性仍优异，其结果，在长期使用中发挥优异的耐磨性，并实现包覆工具的长寿命化。

与此相对，明确可知对于硬质包覆层的上部层的氧化铝层未含有板状生长氧化铝晶相与非晶氧化铝相的比较例包覆工具1～10及具有板状生长氧化铝晶相但占有比例(面积％)及纵横尺寸比不进入预定范围的参考例包覆工具11～15，在使用于伴随高热产生且断续的冲击性高负荷作用于切削刃的高速断续切削加工中时，由于崩刀、缺损等的产生而在短时间内达到寿命。

产业上的可使用性

如前述，本发明的包覆工具是例如在钢或铸铁等的伴随高热产生且断续的冲击性高负荷作用于切削刃的高速断续切削加工中，发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性，并能够延长使用寿命的包覆工具。

Claims

1.一种表面包覆切削工具，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表面设置有硬质包覆层，该表面包覆切削工具的特征在于，

所述硬质包覆层由下部层与上部层构成，

(b)所述上部层为具有1～25μm平均层厚的氧化铝层，

2.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

构成所述上部层的氧化铝层的截面研磨面中的板状生长氧化铝晶相的面内方向的最大粒子宽度的平均值为20～1000nm，所述最大粒子宽度与层厚方向的最大粒子长度的纵横尺寸比的平均值为5～100。

3.如权利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

以倾斜角度数分布曲线图表示时，75～90度范围内的倾斜角分区存在最高峰值，并且所述75～90度范围内存在的度数的合计，占所述倾斜角度数分布曲线图中的所有度数的45％以上的比例，其中，该倾斜角度数分布曲线图如下制作而成：对构成所述上部层的氧化铝层的表面研磨面中的板状生长氧化铝晶相，使用电子背散射衍射装置从构成所述上部层的氧化铝层的表面研磨面方向分析每个晶粒的结晶方位时，测定所述氧化铝层所含的板状生长氧化铝晶相的晶面即(0001)面的法线相对表面研磨面的法线所呈的倾斜角，将在所述测定倾斜角中处于0～90度范围内的测定倾斜角按照0.25度的间距进行分区，并且合计各分区内存在的度数。