CN104136156B - 表面被覆切削工具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

该表面被覆切削工具包括基材以及形成于基材上的覆膜，其特征在于：所述覆膜至少包括一层TiB2层，并且对于所述TiB2层，取向指数TC(hkl)中TC(100)为最大值，或者(100)面的X射线衍射强度I(100)与(101)面的X射线衍射强度I(101)间的比值I(100)/I(101)为1.2以上。

Description

表面被覆切削工具及其制造方法
技术领域
本发明涉及包括基材和形成于基材上的覆膜的表面被覆切削工具，以及该表面被覆切削工具的制造方法。
背景技术
通常，已知的表面被覆切削工具包括基材以及形成于基材上的覆膜，其中包括TiB2层作为覆膜。
例如，日本专利公开No.51-148713(专利文献1)披露了一种包括硬质合金基体和表面层的耐磨性成形部件，其中该表面层由两个层叠的部分层形成，这两个层叠的部分层包括由氧化铝和/或氧化锆制成的外侧部分层以及由一种或多种硼化物、特别是钛、锆或铪等元素的二硼化物制成的内侧部分层(即，TiB2层)。
上述表面层中的内侧部分层形成为3μm的TiB2层，其是通过以1900l/小时引入氢气、以20ml/小时引入TiCl4、以4g/小时引入BCl3(氢气、TiCl4和BCl3均为反应性原料气体)，并进行1小时的成膜，从而在1000℃以及50托的高温高真空条件下获得的。此外，该外侧部分层形成为5μm的氧化铝层。
然而，在上述成膜过程的高温高真空条件下，接合层和TiB2层中的硼向硬质合金基体中的扩散会造成强η层(strongηlayer)和/或含硼脆性层的形成，从而大幅缩短这种耐磨性成形部件的寿命。
为了解决上述问题，提出了一种被覆产品，通过抑制硼的扩散并将TiB2层中的TiB2微粒化提高了该被覆产品的耐磨性(日本专利国家公布No.2011-505261(专利文献2))。该被覆产品通过如下方式形成：用由氮化钛、碳氮化钛和硼碳氮化钛构成的组制成的0.1μm至3μm的层覆盖硬质合金基材的表面，随后形成1μm至5μm的TiB2层。形成上述各种TiB2层的条件如下。具体而言，利用原料气体组合物，在标准压力和800℃的温度下进行热CVD法1小时以形成厚度为2.5μm的TiB2层，其中该原料气体组合物包含10体积％的氢气、0.4体积％的TiCl4、0.7体积％的BCl3和88.9体积％的氩气。在该被覆产品中，未形成因硼扩散至硬质合金基材中而产生的含硼脆性层，并且TiB2层中的TiB2粒径也控制为50nm以下，因此一定程度地延长了工具的寿命。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利公开No.51-148713
专利文献2：日本专利国家公布No.2011-505261
发明内容
技术问题
如上所述，专利文献2中的被覆产品的寿命在一定程度得以改善。然而，其仅关注了对强η层和/或含硼脆性层的形成的抑制，或者对TiB2层中TiB2粒径的控制。因此，在进一步改善TiB2层的性能时受到限制，因此需要从另一角度进行考虑。
此外，在使用这种被覆产品来加工作为难切割材料的Ti系合金的情况中，特别是在切削刃温度趋向于升高的加工、以及在因切屑的独特形状(锯齿形)而使工具的切削刃趋向于经受应力集中或振动的加工中，由于切削刃的粘着和碎落，因此需要进一步改善性能，如抗崩刃性。
鉴于上述情况完成了本发明。本发明的目的是提供包括TiB2层作为覆膜并且耐磨性和抗崩刃性得到大幅改善的表面被覆切削工具。
问题的解决手段
本发明的发明人为解决上述问题进行了深入研究，结果发现重要的是控制TiB2层的结晶结构。随后基于这一认识继续进行研究并完成了本发明。
具体而言，根据本发明的表面被覆切削工具包括：基材以及形成于所述基材上的覆膜。所述覆膜至少包括一层TiB2层。该TiB2层的取向指数TC(hkl)中TC(100)显示出最大值，或者所述TiB2层的(100)面的X射线衍射强度I(100)与(101)面的X射线衍射强度I(101)间的比值I(100)/I(101)为1.2以上。
在这种情况中，优选的是，TC(100)为3以上。
此外，本发明还涉及一种制造表面被覆切削工具的方法，该表面被覆切削工具包括基材和形成于所述基材上的覆膜，其中所述覆膜至少包括一层TiB2层。所述方法包括形成所述TiB2层的步骤。该步骤的特征在于通过化学气相沉积法以1μm/小时以下的成膜速率形成所述TiB2层。
发明的有益效果
根据本发明的表面被覆切削工具实现了显著改善耐磨性和抗崩刃性的优异效果。
具体实施方式
下面将更为详细地说明本发明。
<表面被覆切削工具>
根据本发明的表面被覆切削工具具有包括基材以及形成于该基材上的覆膜的构成。优选的是，这种覆膜覆盖基材的全部表面。然而，即使部分基材未被该覆膜覆盖、或者覆膜的构成局部差异，这种结构仍未偏离本发明的范围。
根据本发明的上述表面被覆切削工具可适合用作如下切削工具，如钻头、端铣刀、钻头用切削刃替换型切削刀片、端铣刀用切削刃替换型切削刀片、铣削用切削刃替换型切削刀片、车削用切削刃替换型切削刀片、金工锯、齿轮切削刀具、铰刀和丝锥。
<基材>
作为用于根据本发明的表面被覆切削工具的基材，可以使用任何材料，只要该材料是常规已知的上述类型的基材即可。例如，基材优选为硬质合金(如WC基硬质合金，或者含有WC和Co的材料，或者含有Ti、Ta或Nb的碳氮化物的材料)、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、氧化铝等)、立方氮化硼烧结体、以及金刚石烧结体等。
在以上各种基材中，尤其优选的是选择WC基硬质合金和金属陶瓷(尤其是TiCN基金属陶瓷)。这是因为这些基材尤其在高温下能够在硬度和强度之间达到很好的平衡，并且具有作为用于上述应用的表面被覆切削工具的基材的优异特性。
在表面被覆切削工具为切削刃替换型切削刀片等的情况中，该情况中的基材可为具有断屑器或不具有断屑器的基材，并且切削刃棱线部分可呈锐边(其中前刀面和后刀面彼此相交的棱)、珩磨(通过加工锐边以使其具有曲线(R)而获得)、负刃带(negativeland)(通过斜削(beveling)获得)、以及珩磨与负刃带的组合中的任意一种形状。
<覆膜>
本发明的覆膜可包括其他层，只要其至少包括一层TiB2层即可。其他层的例子可包括Al2O3层、TiN层、TiCN层、TiBNO层、TiCNO层、TiAlN层、TiAlCN层、TiAlON层、TiAlONC层等。在本发明中，在对“TiN”和“TiCN”等化学式中的原子比值没有特别限定的情况中，并非认为各元素的原子比值仅为“1”，而是认为包括所有常规已知的原子比值。
根据本发明的这种覆膜起到覆盖基材以实现改善耐磨性和抗崩刃性等若干特性的效果的作用。
适宜的是，本发明覆膜的厚度为3μm至30μm，更优选为5μm至20μm。当厚度小于3μm时，耐磨性可能不足。当厚度超过30μm时，当在断续加工过程中覆膜与基材之间受到相对较强的应力时，覆膜可能会非常频繁地发生剥落或受损。
<TiB2层>
本发明的覆膜中所包括的TiB2层的特征在于：在取向指数TC(hkl)中TC(100)显示出最大值，或者(100)面的X射线衍射强度I(100)与(101)面的X射线衍射强度I(101)间的比值I(100)/I(101)为1.2以上。由于具有这种特定的结晶结构，因此本发明的TiB2层显示出了耐磨性和抗崩刃性得到显著改善的优异效果。据认为这是由于TiB2层的晶体结构显示出了这样的特定特征，即：在取向指数TC(hkl)中TC(100)显示出最大值,或者(100)面的X射线衍射强度I(100)与(101)面的X射线衍射强度I(101)间的比值I(100)/I(101)为1.2以上，结果，TiB2晶体相对于基材表面沿着(100)方向取向，硬度和杨氏模量变得优异，由此在经受与严苛切削条件相关的冲击和振动时会显示出优异的耐磨性和抗崩刃性。
在这种情况中，TiB2层是指由二硼化钛(TiB2)形成的层。即使该TiB2层含有不可避免的杂质等，其仍不偏离本发明的范围。
上述特征均涉及X射线衍射强度，其中的取向指数TC(hkl)由下式(1)定义。
[方程式1]
TC ( hkl ) = I ( hkl ) I 0 ( hkl ) { 1 n &Sigma; 1 n I ( hkl ) I 0 ( hkl ) } - 1 . . . ( 1 )
在方程式(1)中，I(hkl)表示(hkl)面的X射线衍射强度，I0(hkl)表示根据JCPDS35-0741(JCPDS为JointCommitteeonPowderDiffractionStandards(粉末X射线衍射标准)的缩写)形成(hkl)面的TiB2的X射线粉末衍射强度(标准强度)。此外，方程式(1)中的“n”示出了用于计算的反射数，在本发明中n为8。需要注意的是，所用的反射(hkl)为(001)、(100)、(101)、(110)、((102)+(111))、(201)、(112)和((103)+(210))这8个面，方程式(1)右侧的大括号示出了这8个面的平均值。此外，“((102)+(111))”表示来自(102)面和(111)面的反射彼此非常接近，因此将这两个反射的总强度作为一个反射处理。“((103)+(210))”与之相同。
此外，表述“在取向指数TC(hkl)中TC(100)显示出最大值”是指当通过方程式(1)计算上述所有8个面的取向指数TC(hkl)时，TC(100)显示出最大值。换言之，该表述表明TiB2晶体很好地沿(100)面取向。当通过这种方式将(100)面定义为取向平面时，在经受与严苛切削条件相关的冲击和振动时耐磨性和抗崩刃性变得优异，从而改善了耐磨性和抗崩刃性。
此外，上述TC(100)优选为3以上，更优选为4以上。这是因为TC(100)为3以上显示出了抗崩刃性尤其得到改善的特征。从这一观点来看，TC(100)越高则越优选，因此对其上限没有特别限制。然而，沿上述方向形成TiB2膜需要花费时间，这降低了成本优势。因此，优选其上限为7以下。
将(100)面的X射线衍射强度I(100)与(101)面的X射线衍射强度I(101)间的比值I(100)/I(101)与上述取向指数TC(hkl)分别限定的原因为：当分别形成TiN和TiCN等其他层作为本发明的覆膜时，TiB2的衍射峰可能与这些其他层的衍射峰重叠，这可能妨碍对取向指数TC(hkl)的正确评价。
此外，在比值I(100)/I(101)为1.2以上的情况中，TiB2晶体强烈地沿(100)面取向，基于与上述相同的原因，这改善了耐磨性和抗崩刃性。
需要注意的是，该比值I(100)/I(101)为1.2以上，更优选为2以上，还更优选为3以上。从上述观点来看，比值I(100)/I(101)越高则越优选，因此对其上限没有限制。然而，沿上述方向形成TiB2膜需要时间，这降低了成本优势。因此，优选其上限为6以下。
此外，例如，可使用X射线测量装置(商品名：“Xpert”，由PANalytical公司制造)在下述条件下测量上述关于X射线衍射强度的特性。
特征X射线：Cu-Kα
管电压：45kV
管电流：40mA
滤光器：多层镜
光学系统：平行光束法
X射线衍射法：θ-2θ法
适宜的是，本发明的TiB2层的厚度为1μm至10μm，更优选为1.5μm至8μm。当其厚度小于1μm时，TiB2层无法在连续加工中表现出耐磨性。当其厚度超过10μm时，抗崩刃性在断续加工中不稳定。
此外，对形成TiB2层的TiB2晶粒的粒径没有特别的限制，其优选为约0.01μm至1μm。
<其他层>
本发明的覆膜可包括其他层以及上述TiB2层。该其他层的例子可包括但不限于：由TiN、TiC、TiBN等制成的底层，其直接形成于基材上方以进一步增强基材与覆膜间的接合；TiCN层，其形成于所述底层与TiB2层之间以增强这二者间的接合；Al2O3层，其形成于TiB2层上以增强耐氧化性；由TiCNO、TiBNO等制成的中间层，其形成于Al2O3层与TiB2层之间以增强这二者间的接合；由TiN、TiCN、TiC等制成的最外层，其形成于覆膜的最外表面以指示切削刃是否经过使用等。
上述其他层通常可形成为具有0.1μm至10μm的厚度。
<制造方法>
本发明还涉及制造表面被覆切削工具的方法，该表面被覆切削工具包括基材以及形成于该基材上的覆膜，其中该覆膜至少包括一层TiB2层。该制造方法包括形成TiB2层的步骤。所述步骤的特征在于：通过化学气相沉积法以1μm/小时以下的成膜速率形成TiB2层。换言之，上述本发明的TiB2层可通过该制造方法形成。
这样，根据本发明的制造方法，形成TiB2层的成膜速率设定为每小时获得1μm以下的厚度(即，等于或小于1μm/小时)，由此能够形成具有上述特征的TiB2层的结构。关于通过采用上述条件从而构造出具有上述特征结构的TiB2层的原因，尚不清楚详细的机理。然而，据猜测这是因为当TiB2层的晶体生长时，为了将底层基材和由TiN、TiCN等制成的其他层的晶格应变的影响降至最低，这些晶体优先沿(100)取向。
对上述制造方法进行更详细的阐述，所用原料气体(也称为反应气体)可为TiCl4、BCl3、H2和Ar。TiCl4和BCl3的体积比TiCl4/BCl3优选为2.0以上，更优选为3.0以上。这是因为体积比小于2.0可能会造成取向指数TC(100)降低。此外，优选的是，原料气体中的H2设定为约50体积％至80体积％，Ar设定为约15体积％至50体积％。换言之，以体积比计，H2和Ar占据了原料气体的主要部分。
此外，反应温度设定为800℃至950℃，更优选为850℃至900℃。当反应温度小于800℃时，难以形成具有本发明特征的TiB2层。当反应温度超过950℃时，TiB2会发生粗粒化，或者如果基材由硬质合金制成，则可能会生成η层和含硼脆性层。在此方面，本发明的制造方法具有可防止生成强η层和含硼脆性层的优异效果。
此外，可通过控制原料气体的投入量来调节成膜速率。例如，用于该制造方法的化学气相沉积装置中设置有安装台，该安装台中由上至下具有多个区段(stage)，将用于形成覆膜的基材置于这些安装台上。这些区段均设置有多个投入口，原料通过这些投入口投入。在这种情况中，可通过控制这些投入口的数量来控制原料气体的投入量。具体而言，减少这些投入口的数目以降低原料气体的投入量，从而可获得如上所述的成膜速率(在投入口数量未减少的一些区段中，原料气体的投入量可能反而会增加。因此，优选的是也在这种区段的安装台上放置基材，从而也在该基材上形成覆膜，由此防止原料气体扩散至其他区段。在这种情况中，其上形成有该覆膜的基材并不视为本发明的对象)。
当成膜速率超过1μm/小时时，不会形成具有目标特性的TiB2层，因此抗崩刃性降低。另一方面，成膜速率越低则越优选。然而，当成膜速率小于0.1μm/小时时，根据基材的形状的不同，可能不会充分地形成覆膜，生产效率也会降低，这在经济上是不优选的。
对于根据本发明的TiB2层，只要采用了上述条件，其他条件(如压力)可采用公知条件而无特别的限制。此外，当本发明覆膜包括除TiB2层以外的其他层时，可通过公知的化学气相沉积法和物理气相沉积法来形成这些层。尽管对其形成方法没有特别的限制，但是从可在一个化学气相沉积装置中连续地形成TiB2层和这些层的角度来看，优选通过化学气相沉积法形成这些层。
实施例
尽管以下将参照实施例对本发明进行更详细地说明，但本发明并不局限于此。
<基材的制备>
制备下表1中所示的八种基材A至H。具体而言，将具有表1中所示混合组成的原料粉末均匀混合，进行加压成形为预定形状之后，在1300℃至1500℃下烧结1小时至2小时，从而获得了形成为CNMG120408NUJ和SEET13T3AGSN-G这两种形状的硬质合金制基材。换言之，每种基材均制备了两种不同的形状。
上述两种形状均基于ISO。CNMG120408NUJ呈车削用切削刃替换型切削刀片的形状，SEET13T3AGSN-G呈旋削(铣削)用切削刃替换型切削刀片的形状。
[表1]
<覆膜的形成>
在上述制备的基材表面上形成覆膜。具体而言，将基材置于化学气相沉积装置中，从而通过化学气相沉积法在基材上形成覆膜。覆膜的形成条件如下表2和3中所述。表2示出了除TiB2层外的其他各层的形成条件，表3示出了TiB2层的形成条件。此外，表2中的TiBNO和TiCNO均为后述表4中的中间层，并且其他化合物也分别对应于表4中除TiB2层外的其他层。
此外如表3所示，对于TiB2层有十三种形成条件“a”至“i”以及“w”至“z”，其中条件“a”至“i”为符合本发明方法的条件，而条件“w”至“z”为符合比较例(常规技术)的条件。
例如，形成条件“a”示出了：将组成包含1.0体积％的TiCl4、0.4体积％的BCl3、64.5体积％的H2和34.1体积％的Ar的原料气体(反应气体)供至化学气相沉积装置中，同时通过上述方法调节其投入量，从而在压力为80.0kPa且温度为850℃的条件下以0.50μm/小时的成膜速率通过化学气相沉积法形成TiB2层。
此外，以类似方式形成表2中示出的TiB2层以外的其他各层，不同之处在于未对成膜速率进行特别精确的控制。需要注意的是，表2中的“余量”表示H2占据了原料气体(反应气体)的剩余部分。此外，“气体总量”示出了当假定标准条件(0℃，1大气压)下的气体为理想气体时，单位时间内气体引入CVD炉中的总体积流率。
此外，通过SEM-EDX(扫描电镜-X射线能谱分析)检测各覆膜的组成。
<TiB2层的特性评价>
表3中示出了在各形成条件下获得的TiB2层的特性。
在表3中，“I(100)/I(101)”示出了(100)面的X射线衍射强度I(100)与(101)面的X射线衍射强度I(101)间的比值I(100)/I(101)；“TC(100)”示出了取向指数TC(hkl)中TC(100)的数值；并且“TC(hkl)”示出了显示出取向指数TC(hkl)中的最大值的晶面。
需要说明的是，这些特性通过上述方法测量。
<表面被覆切削工具的制造>
通过上面示出的表2和3中的条件在基材上形成覆膜，由此制得下面表4中示出的实施例1至22和比较例1至8中的表面被覆切削工具(每种覆膜均形成两种切削刃替换型切削刀片)。
例如，表4示出了实施例4的表面被覆切削工具具有这样的构成，其中采用了表1中示出的基材F作为基材，并在表2所示条件下在基材F的表面上形成了厚度为0.5μm的TiN层作为底层，在表2所示条件下在TiN层的表面上形成了厚度为5.0μm的TiCN层，在表3中所示的形成条件“g”下在TiCN层上形成厚度为2.7μm的TiB2层，在表2所示条件下在TiB2层上依次形成厚度为0.5μm的TiBNO层作为中间层、厚度为2.5μm的Al2O3层、以及厚度为1.0μm的TiN层作为最外层，由此在基材上形成了总厚度为12.2μm的覆膜。根据该实施例4的表面被覆切削工具的TiB2层，取向指数TC(hkl)中的TC(100)示出了最大值，其数值为4.2，并且I(100)/I(101)为3.2。
此外，由于比较例1至8的所有TiB2层均在并非基于本发明方法的常规技术条件下形成，因此这些TiB2层所形成的结晶结构并未示出与本发明类似的特性(见表3)
需要注意的是，表4中的空白栏表示未形成相关层。
[表4]
<切削测试>
将上述获得的表面被覆切削工具用于进行下述四种切削测试。
<切削测试1>
对于下表5中示出的实施例和比较例中的各表面被覆切削工具(使用了形状为CNMG120408NUJ的那些表面被覆切削工具)，测量了在如下切削条件下直至后刀面磨损量(Vb)达到0.25mm时的切削时间，并观察切削刃的最终损伤状态。其结果示于表5中。该结果示出了切削时间越长，耐磨性越优异。此外，该结果还表明，最终损伤状态越接近正常磨损状态，则抗崩刃性越优异。
<切削条件>
工件：Ti6Al4V圆棒外周切削
圆周速度：75m/分钟
进给速度：0.3mm/rev
切削量：2.0mm
切削液：存在
[表5]
从表5中可看出，本发明实施例中的表面被覆切削工具的耐磨性和抗崩刃性明显优于比较例的表面被覆切削工具。
此外，在表5中的最终损伤状态中，“正常磨损”表示仅由磨损造成的损伤状态而并未发生崩裂、断裂等(具有光滑的磨损面)，“前边缘轻微崩裂”表示在形成最终面的切削刃部分中产生了极小的崩裂部分，并且“崩裂”表示在切削刃部分中产生了较小的崩裂部分。
<切削测试2>
对于下表6中示出的实施例和比较例中的各表面被覆切削工具(使用了形状为CNMG120408NUJ的表面被覆切削工具)，测量了在如下切削条件下直至后刀面磨损量(Vb)达到0.25mm时的切削时间，并观察切削刃的最终损伤状态。其结果示于表6中。该结果示出了切削时间越长，耐磨性越优异。该结果还表明，最终损伤状态越接近正常磨损状态，则抗崩刃性越优异。
<切削条件>
工件：INCONEL718圆棒外周切削
圆周速度：50m/分钟
进给速度：0.3mm/rev
切削量：3.0mm
切削液：存在
[表6]
切削时间(分钟) 最终损伤状态
实施例4 35.0 正常磨损
实施例6 38.0 正常磨损
实施例10 30.0 前边缘轻微断裂
实施例13 42.0 正常磨损
实施例17 39.0 正常磨损
比较例2 17.0 前边缘轻微崩裂
从表6中可看出，本发明实施例中的表面被覆切削工具的耐磨性和抗崩刃性明显优于比较例的表面被覆切削工具。
在表6中的最终损伤状态中，“正常磨损”表示仅由磨损造成的损伤状态而并未发生崩裂、断裂等(具有光滑的磨损面)；“前边缘轻微断裂”表示在形成最终面的切削刃部分中产生了极小的崩裂部分，其中在该部分中可识别出裸露的基材；“前边缘轻微崩裂”表示在形成最终面的切削刃部分中产生了极小的崩裂部分。
<切削测试3>
对于下表7中示出的实施例和比较例中的各表面被覆切削工具(使用了形状为SEET13T3AGSN-G的表面被覆切削工具)，测量了在如下切削条件下直至发生断裂或者直至后刀面磨损量(Vb)达到0.25mm时的通过频率(passfrequency)和切削距离，并观察切削刃的最终损伤状态。其结果示于表7中。
此外，通过频率为重复进行的操作的重复次数，其中用连接有一个表面被覆切削工具(切削刃替换型切削刀片)的刀具对下述工件(形状：300mm×100mm×80mm的板状)的一个侧面(300mm×80mm的表面)进行由该侧面的一端至另一端的旋切(需要注意的是，数值中带有小数点的通过频率表示在由一端至另一端的过程中上述条件得到满足)。此外，切削距离表示直至上述条件得到满足时工件被切削的总距离，其相当于通过频率与上述侧面长度(300mm)的乘积。
该结果表明，通过频率越大(即，切削距离越长)，耐磨性越优异。此外，该结果还示出了最终损伤状态越接近正常磨损状态，则抗崩刃性越优异。
<切削条件>
工件：Ti6Al4V块状材料
圆周速度：50m/分钟
进给速度：0.15mm/s
切削量：2.0mm
切削液：存在
刀具：WGC4160R(由SumitomoElectricHardmetal株式会社制造)
刀片连接数目：1
[表7]
通过频率 切削距离(m) 最终损伤状态
实施例5 12.0 3.6 正常磨损
实施例12 9.8 2.9 正常磨损
实施例14 8.0 2.4 断裂
实施例15 11.8 3.5 正常磨损
实施例20 13.0 3.9 正常磨损
比较例4 3.7 1.1 断裂
比较例6 5.0 1.5 正常磨损
从表7中可看出，本发明实施例中的表面被覆切削工具的耐磨性和抗崩刃性明显优于比较例的表面被覆切削工具。
此外，在表7中的最终损伤状态中，“正常磨损”表示仅由磨损造成的损伤状态而并未发生崩裂、断裂等(具有光滑的磨损面)；“断裂”表示在切削刃部分产生的较大的崩裂部分。
<切削测试4>
对于下表8中示出的实施例和比较例中的各表面被覆切削工具(使用了形状为SEET13T3AGSN-G的那些表面被覆切削工具)，测量了在如下切削条件下直至发生断裂或者直至后刀面磨损量(Vb)达到0.25mm时的通过频率和切削距离，并观察切削刃的最终损伤状态。其结果示于表8中。
此外，与切削测试3中一样，通过频率为重复进行的操作的重复次数，其中用连接有一个表面被覆切削工具(切削刃替换型切削刀片)的刀具对下述工件(形状：300mm×100mm×80mm的板状)的一个侧面(300mm×80mm的表面)进行由该侧面的一端至另一端的旋切(需要注意的是，数值中带有小数点的通过频率表示在由一端至另一端的过程中上述条件得到满足)。与切削测试3中一样，切削距离也表示直至上述条件得到满足时工件被切削的总距离，其相当于通过频率与上述侧面长度(300mm)的乘积。
该结果表明，通过频率越大(即，切削距离越长)，则耐磨性越优异。此外，该结果还表明，最终损伤状态越接近正常磨损状态，则抗崩刃性越优异。
<切削条件>
工件：SUS304块状材料
圆周速度：150m/分钟
进给速度：0.15mm/s
切削量：2.0mm
切削液：存在
刀具：WGC4160R(由SumitomoElectricHardmetal株式会社制造)
刀片连接数目：1
[表8]
通过频率 切削距离(m) 最终损伤状态
实施例8 8.0 2.4 正常磨损
实施例9 7.5 2.3 正常磨损
实施例11 9.0 2.7 正常磨损
实施例18 7.8 2.3 正常磨损
实施例19 8.0 2.4 正常磨损
实施例22 6.5 2.0 正常磨损
比较例5 1.5 0.5 断裂
比较例7 3.0 0.9 正常磨损
从表8中可看出，本发明实施例中的表面被覆切削工具的耐磨性和抗崩刃性明显优于比较例的表面被覆切削工具。
此外，在表8中的最终损伤状态中，“正常磨损”表示仅由磨损造成的损伤状态而并未发生崩裂、断裂等(具有光滑的磨损面)；“断裂”表示在切削刃部分产生的较大的崩裂部分。
尽管如上所述对本发明的实施方案和实施例进行了说明，但是从开始就旨在将上述实施方案和实施例的构成恰当地组合。
应当理解的是，本文所公开的实施方案和实施例在每个方面都是示例性而非限制性的。本发明的范围由权利要求书的权项、而不是上文的说明来限定，并且旨在包括与权利要求书的权项等同的范围和含义内的任何修改。

Claims (3)

1.一种表面被覆切削工具，包括：
基材；以及
形成于所述基材上的覆膜，
所述覆膜至少包括一层TiB2层，并且
在所述TiB2层的取向指数TC(hkl)中TC(100)显示出最大值，或者所述TiB2层的(100)面的X射线衍射强度I(100)与(101)面的X射线衍射强度I(101)间的比值I(100)/I(101)为1.2以上。
2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述TC(100)为3以上。
3.一种制造表面被覆切削工具的方法，该表面被覆切削工具包括基材和形成于所述基材上的覆膜，所述覆膜至少包括一层TiB2层，在所述TiB2层的取向指数TC(hkl)中TC(100)显示出最大值，或者所述TiB2层的(100)面的X射线衍射强度I(100)与(101)面的X射线衍射强度I(101)间的比值I(100)/I(101)为1.2以上，所述方法包括如下步骤：
形成所述TiB2层，
所述步骤是通过利用化学气相沉积法以1μm/小时以下的成膜速率形成所述TiB2层而进行的。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3275577B1 (en) * 2015-03-27 2019-09-04 Tungaloy Corporation Coated cutting tool
AT15677U1 (de) * 2017-01-31 2018-04-15 Ceratizit Austria Gmbh Beschichtetes Werkzeug
WO2021193445A1 (ja) * 2020-03-25 2021-09-30 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
CN114592166B (zh) * 2022-03-16 2023-09-15 株洲钻石切削刀具股份有限公司 含梯度复合结构的硬质涂层刀具及其制备方法
CN117921043B (zh) * 2024-03-22 2024-06-11 赣州澳克泰工具技术有限公司 一种cvd涂层刀具及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1836811A (zh) * 2005-03-23 2006-09-27 山特维克知识产权股份有限公司 具有涂层的切削刀具刀片
CN101463461A (zh) * 2007-12-21 2009-06-24 山特维克知识产权股份有限公司 制造涂层切削刀具的方法及根据该方法制成的切削刀具

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH540991A (fr) * 1971-07-07 1973-08-31 Battelle Memorial Institute Procédé pour augmenter la résistance à l'usure de la surface d'une pièce en "métal dur"
DE2525185C3 (de) 1975-06-06 1986-04-17 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Hartmetallkörper
JPS5944385B2 (ja) * 1977-11-28 1984-10-29 住友電気工業株式会社 被覆超硬合金部材
US4239536A (en) 1977-09-09 1980-12-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Surface-coated sintered hard body
DE3841730C2 (de) 1988-12-10 1997-06-19 Widia Gmbh Verfahren zum Beschichten eines metallischen Grundkörpers mit einem nichtleitenden Beschichtungsmaterial
JPH0364472A (ja) * 1989-08-01 1991-03-19 Daido Steel Co Ltd コーティング法
JPH068499B2 (ja) 1989-12-18 1994-02-02 株式会社ライムズ 硼化物積層膜
JPH0516031A (ja) * 1991-10-28 1993-01-26 Ngk Spark Plug Co Ltd 高靱性高耐久性被覆セラミツク工具の製造方法
DE4209975A1 (de) 1992-03-27 1993-09-30 Krupp Widia Gmbh Verbundkörper und dessen Verwendung
SE522722C2 (sv) * 2001-03-28 2004-03-02 Seco Tools Ab Skärverktyg belagt med titandiborid
JP2003165003A (ja) * 2001-11-28 2003-06-10 Hitachi Tool Engineering Ltd 硬質皮膜被覆部材
DE10222347C2 (de) 2002-05-21 2003-11-27 Walter Ag TiBN-Beschichtung für einen Schneideinsatz oder ein Schneidwerkzeug
JP2008238281A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Hitachi Tool Engineering Ltd 被覆工具
JP5420558B2 (ja) 2007-12-06 2014-02-19 セラティチット オーストリア ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 切削加工工具及びその製造方法
EP2342367A4 (en) 2008-10-30 2012-03-21 Sandvik Intellectual Property COATED TOOL AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1836811A (zh) * 2005-03-23 2006-09-27 山特维克知识产权股份有限公司 具有涂层的切削刀具刀片
CN101463461A (zh) * 2007-12-21 2009-06-24 山特维克知识产权股份有限公司 制造涂层切削刀具的方法及根据该方法制成的切削刀具

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EP2823919A1 (en) 2015-01-14
US9381575B2 (en) 2016-07-05
US20150037612A1 (en) 2015-02-05

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