CN104271792A - 切削工具用硬质涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及切削工具用硬质涂层，通过按薄层A-B-A-C的顺序层叠耐磨损性优异的Ti和Al的复合氮化物层(薄层A)、润滑性优异的Al和Cr的复合氮化物层(薄层B)及韧性和耐崩裂性优异且在高温环境下润滑性得到提高的Nb、V及Cr中的任意一种的氮化物层(薄层C)而形成的纳米多层结构的反复层叠，能够均匀地提高耐磨损性、润滑性、韧性、耐崩裂性等的在切削工具用硬质涂层中所需的各种特性，因此能够恰当地用于难切削材料的加工。

Description

切削工具用硬质涂层
技术领域
本发明涉及使用于切削工具，并形成在超硬合金、金属陶瓷、高速钢、立铣刀、钻头、cBN等这样的硬质的母材上的硬质涂层，具体地，涉及构成为按薄层A-B-A-C的顺序层叠薄层A、薄层B及薄层C而成的纳米多层结构或它们的反复层叠结构，与以往的多层薄膜结构相比，耐磨损性、润滑性、韧性、耐崩裂性均得到提高的切削工具用硬质涂层。
背景技术
随着工业逐渐被精密化、高速化及大量生产化，需要对切削工具提高切削性能并改善寿命。特别是，在进行对高硬度被切削材料的高速切削加工及对导热性低的难切削材料的切削加工时，在与被切削材料摩擦的切削工具的末端局部地发生约900℃以上的高热，而通过在切削工具的切削面形成耐氧化性和耐磨损性优异的硬质涂层，从而能够提高切削工具的寿命。
以往，为了提高切削性能并改善寿命，在超硬合金、金属陶瓷、立铣刀、钻头类等的母材上形成TiN、Al2O3、TiAlN、AlTiN、AlCrN等具备了耐磨损性、耐氧化性或耐冲击性等的单层硬质涂层或将这些硬质涂层层叠2层以上而成的多层硬质涂层，从而对于高硬度被切削材料或难切削材料的要求进行了应对。
但是，目前被切削材料逐渐被高硬度化，而且对导热性低且与工具的熔敷较严重的难切削材料的加工需求也变高，特别是在不锈钢、耐热合金钢、球墨铸铁等的情况下，由于导热率低于一般的钢，在切削加工时，切削热不能通过芯片而被排出，而是集中在切削工具的边缘部，由此根据切削工具与被切削材料的化学反应，在切削工具的边缘部容易发生磨损、熔敷及脱落现象，切削工具的寿命急剧减少。
因此，仅通过上述组成的单层或多层的结构，越来越难以应对需要均匀地具备优异的耐磨损性、耐氧化性、润滑性等特性的这样的用来进行难切削材料及铸铁的加工的切削工具的需求。
由此，最近试图通过规则地反复层叠物性不同的2种以上的纳米级的薄膜的方法来提高切削性能。
例如，在韩国注册专利公报第876366号中公开了如下的薄膜结构：通过物理气相沉积(PVD)，在作为超硬合金工具的刀片、立铣刀、钻头或金属陶瓷工具上，为了提高紧贴力及200面的晶体取向而沉积下层，接着为了提高耐冲击性和耐崩裂性而沉积作为中间层的(Ti，Al)N多层薄膜，然后形成最上层，从而提高最上层的耐磨损性和耐氧化性，而所述最上层具备如下结构：由TiAlN或AlTiSiN构成，并由组成各不相同的A层、B层、C层及D层构成，并且这些层交替地层叠的结构。
通过上述的多层结构，能够提高耐磨损性及耐氧化性，但为了均匀地改善耐磨损性、耐冲击性(韧性)、耐崩裂性等在切削作业中所需的各种特性，需要研制新的结构的硬质涂层。
发明内容
所要解决的技术课题
为了解决如上述的问题点，本发明提供整体地提高了耐磨损性、润滑性、韧性(耐冲击性)、耐崩裂性等的切削工具用硬质涂层。
解决课题的手段
为了解决如上述的课题，在本发明的切削工具用硬质涂层中，该硬质涂层形成于母材的表面，所述硬质涂层构成为从所述母材起按薄层A-B-A-C的顺序层叠薄层A、薄层B及薄层C而成的纳米多层结构或将该纳米多层结构反复层叠两次以上而成的结构，所述薄层A由Ti1-xAlxN构成，其中0.3≤x≤0.7，所述薄层B由Al1-yCryN构成，其中0.3≤y≤0.7，所述薄层C由MeN构成其中Me为Nb、V、Cr中的任意一种。
所述薄层A、薄层B及薄层C的平均厚度分别优选为3nm～50nm。
所述薄层A、薄层B及薄层C的平均厚度分别优选为20nm～40nm。
所述切削工具用硬质涂层的平均厚度优选为1μm～20μm。
所述切削工具用硬质涂层在900℃下进行30分钟的热化处理后的热硬度优选为35GPa以上。
发明效果
根据这样的本发明的切削工具用硬质涂层，通过按薄层A-B-A-C的顺序层叠耐磨损性优异的Ti和Al的复合氮化物层(薄层A)、润滑性优异的Al和Cr的复合氮化物层(薄层B)及韧性和耐崩裂性优异且在高温环境下润滑性得到提高的Nb、V及Cr中的任意一种的氮化物层(薄层C)而形成的纳米多层结构的反复层叠，能够均匀地提高耐磨损性、润滑性、韧性、耐崩裂性等的在切削工具用硬质涂层中所需的各种特性，因此能够恰当地用于难切削材料的加工。
即，本发明的切削工具用硬质涂层以周期性地反复的方式层叠强化耐磨损性、润滑性、韧性和耐崩裂性的薄层，将各个薄层的功能极大化，从而能够均衡地提高在加工难切削材料时所需的耐磨损性、润滑性、韧性和耐崩裂性。
附图说明
图1是概略性地图示本发明的切削工具用硬质涂层的结构的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明，以使本领域技术人员(以下，称为“技术人员')能够容易地实施本发明。但是本发明可通过各种不同的形态来体现，其范围不限于在此说明的实施例。另外，应该理解，在所附的图中，为了帮助对本发明的理解，将膜或区域的大小或厚度扩大而表示。
图1是概略性地图示根据本发明的优选实施例的切削工具用硬质涂层的结构的截面图。如图1所示，本发明的优选实施例的切削工具用硬质涂层具备将在母材上按薄层A-B-A-C的顺序层叠薄层A、薄层B、薄层C而构成的纳米多层结构再反复层叠两次以上而形成的结构。
所述薄层A是将以提高耐磨损性和硬度为主要目的的薄层，其组成由Ti1-xAlxN(0.3≤x≤0.7)构成。
在所述薄层A中，在Al的含量小于0.3的情况下，原子的半径比Ti小的Al被替代，被固溶的量减少，因此薄膜的耐磨损性及硬度下降，在切削加工时，在高温的环境下容易形成TiO2氧化物，薄膜内部的Ti元素被扩散到外部，导致由Ti元素的耗尽引起的高温硬度下降，而在超过0.7的情况下，通过形成6方晶B4结构的相(phase)，导致脆性增加，耐磨损性下降，缩短工具的寿命，因此Al的含量优选为0.3以上0.7以下。
所述薄层B是以提高润滑性为主要目的的薄层，由Al1-yCryN(0.3≤y≤0.7)的组成构成。
在所述Cr的含量小于0.3的情况下，绝缘性变高，在装置的特性上难以进行DC沉积，并且形成hcp-AlCrN而并非形成fcc-AlCrN，由此脆性增加，耐磨损性下降，缩短工具的寿命，在超过0.7的情况下，形成粗大的薄膜组织的同时，在进行切削加工这样的伴随高温的作业时，形成Cr2N的偏析，导致耐磨损性下降，缩短工具的寿命，因此Cr的含量优选为0.3～0.7。
所述薄层C是以提高韧性和耐崩裂性为主要目的的薄层，基本上由破坏韧性及耐崩裂性优异的NbN，VN或CrN构成。这样的薄层C在高温的作业环境下相变化为Nb2O5，V2O5或Cr2O3，由此提高润滑特性，在对柔性相对高的被切削材料进行作业时，通过这样的润滑特性的提高而防止涂层与被切削材料一起被脱落出去，从而进一步提高耐崩裂性和韧性。
如上述，由NbN，VN或CrN构成的薄层C与其他组成的薄膜一起形成纳米级的多层，从而本发明的切削工具用硬质涂层具备在韧性、耐崩裂性、润滑性、耐磨损性的多个侧面上均匀地高的特性。
另外，所述薄层A、薄层B及薄层C的平均厚度分别优选为3nm～50nm。
这是因为如下原因：一般纳米多层的周期越减小，越抑制电位的生成和移动，从而硬化薄膜，在薄层的厚度小于3nm而过薄的情况下，抑制电位的生成和移动的纳米多层之间的界限不明确，并根据两层之间的相互扩散而形成混合区域(mixingzone)，导致硬度及弹性系数下降，因此优选形成为不小于3nm，在超过50nm的情况下，容易导致电位的生成及移动，因此不仅硬度及弹性系数下降，而且形成不一致(misfit)电位，从而减少整合变形能量，导致降低强化效果的现象，因此是不理想的。
在仅使所述薄层A、薄层B、薄层C的厚度不同的情况下进行实验可知，在平均厚度为分别20nm～40nm时，各个薄层之间的界面能够获得抑制由塑性变形引起的电位(dislocation)移动的优异的界面强化效果，因此最为优选。
在本发明的优选实施例中，所述薄层A、薄层B及薄层C以形成薄层A-B-A-C的纳米多层结构的方式体现，在这样薄层A、薄层B及薄层C形成薄层A-B-A-C的纳米多层结构的情况下，与薄层A-B-C等这样的以其他形态层叠的纳米多层结构相比，缩短彼此不同的弹性系数之差及格子常数之差的周期，因此能够将提高耐磨损性的效果极大化。
具备如上述的纳米多层结构或将该纳米多层结构反复层叠两次以上的结构的本发明的切削工具用硬质涂层优选具备1～20μm的平均厚度。
如上述，本发明的特征在于，通过将TiAlN，AlCrN，TiAlN系薄层和NbN，VN，CrN中的任一薄层依次层叠而形成纳米多层结构，从而实现硬质涂层整体的耐磨损性、润滑性、韧性、及耐崩裂性等的均匀的提高。
[实施例]
本发明在包括超硬合金、金属陶瓷、高速钢、立铣刀、钻头类等的硬质母材表面上，利用作为物理气相沉积法(physical vapor deposition:PVD)的电弧离子镀，在WC-10wt％Co的母材上涂覆形成了硬质薄膜，在涂覆时，对薄层A使用了TiAl靶，对薄层B使用了AlCr靶，对薄层C使用了Nb，V或Cr靶。将初期真空压力减压为8.5х10-5Torr以下，并作为反应气体而注入了N2。用于进行涂覆的气压为30mTorr以下，优选为20mTorr以下，涂覆温度为400～550℃，在涂覆时施加的基板偏压为-20V～-150V。当然，可根据装置特性及条件，可采用与实施例不同的涂覆条件。
本实施例通过上述的涂覆方法，以20nm的平均厚度，以薄膜A-B-A-C的顺序层叠作为耐磨损层的TiAlN膜(薄膜A)、作为润滑层的AlCrN膜(薄膜B)、作为韧性层的由NbN、VN及CrN中的任意一种来构成的膜(薄膜C)而形成了纳米多层结构，并反复形成这样的纳米多层结构而完成了总厚度为3.4～3.6μm的本发明的实施例的切削工具用硬质涂层。
当然，根据需要，可在根据本发明的实施例而形成的切削工具用硬质涂层上追加地形成各种形态的薄膜。另外，本发明的实施例的切削工具用硬质涂层利用物理气相沉积法(physical vapor deposition:PVD)，因此可将薄膜厚度最大形成为20μm程度为止。
下面的表1分别表示关于根据本发明的实施例而形成的切削工具用硬质涂层的组成、靶组成比例、薄层平均厚度、总涂层厚度及层叠结构。
表1
并且，为了相对评价根据本发明的实施例而形成的切削工具用硬质涂层的特性，在与本发明的实施例相同的WC-10wt％Co的母材上，以如下述表2这样的薄膜结构而形成了与本发明的实施例的硬质涂层几乎相同的厚度的硬质涂层。
[表2]
从上述表2可确认，比较例1～4是用TiAlN膜或AlTiN膜和AlCrN膜形成的A/B层叠结构，以18nm～20nm的平均厚度交替层叠而形成了总厚度为3.4～3.6μm的硬质涂层，比较例5～7是用TiAlN膜和NbN，VN或CrN膜形成的A/B层叠结构，以19nm～20nm的平均厚度交替层叠而形成了总厚度为3.6μm的硬质涂层，这些硬质涂层是用来确认由与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层之间的纳米多层组成(一部分薄膜除外)及层叠结构之差(将2个薄膜交替层叠的结构)引起的切削性能之差。
并且，比较例8～13是用TiAlN膜或AlTiN膜，AlCrN膜，由NbN、VN及CrN中的任意一种构成的膜形成的A/B/C层叠结构，以19nm～20nm的平均厚度交替层叠而形成了总厚度为3.5～3.7μm的硬质涂层，这些硬质涂层是用来确认由与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层之间的层叠结构之差(将3个薄膜交替层叠的结构)引起的切削性能之差。
下面的表3和表4表示根据本发明的实施例及比较例而形成切削工具用硬质涂层之后，通过能量弥散X射线分析(EDX，Energy Dispersive X-ray Spectrometer)，对构成各层的薄膜的实际组成进行测量的结果。
[表3]
[表4]
如在上述表3中可确认，虽然所形成的切削工具用硬质涂层的实际组成与作为目标的组成之间多少存在差异，但显示几乎类似的组成。
常温硬度、热硬度、摩擦系数及开裂长度评价
为了比较并评价如上形成的本发明的实施例1～12和比较例1～13的硬度，使用FISCHERSCOPE(编号HP100C-XYP；德国HELMUT FISCHER GMBH，ISO14577)而进行了微小硬度试验，关于硬度，分别测量了形成硬质涂层之后的常温硬度和在900℃下进行30分钟的高温热化处理之后的热硬度。
这样的微小硬度试验是在如下条件下进行的：载荷30mN，卸载30mN，载荷时间10sec，卸荷时间10sec，开裂时间5sec。
另外，为了评价硬质涂层的摩擦特性，使用CETR UMT-2micro-tribometer，通过ball-on-disc测试，测量了滑动距离(ball(材质Si3N4，直径4mm，硬度HV50g1600)的60回旋转)。此时，摩擦特性评价是在20℃～25℃的温度，50％～60％的相对湿度，318rpm(10m/min)的旋转速度的条件下进行的。
另外，为了评价硬质涂层的韧性(耐开裂性)，适用30kgf负荷的金刚石压痕，测量了在硬质涂层生成的龟裂长度。
下述的表5和表6分别表示了对这样的本发明的实施例1～12和比较例1～13的常温硬度、热硬度、摩擦系数及开裂长度的测量结果。
[表5]
[表6]
如在上述表5和表6中所确认，与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层相比，如比较例1～7这样，在纳米多层组成中除了一部分薄膜之外具备A/B的交替层叠结构的硬质涂层的常温硬度为28～34.7GPa水平，与本发明的实施例1～12的36.2～38.4GPa水平相比常温硬度下降，特别是热硬度为24～33.1GPa水平，与本发明的实施例1～12的35.2～37GPa水平相比大幅下降，在高温热化环境下硬度下降非常大。
另外，关于摩擦系数，除了比较例3的0.37之外，比较例1～7的大部分摩擦系数为0.4～0.71水平，与本发明的实施例1～12的0.31～0.46水平相比摩擦系数高，关于开裂长度，与比较例1～7的42～49μm的开裂长度相比，本发明的实施例1～12的开裂长度为40～45μm，均在45μm以内，由此可确认本发明的实施例的切削工具用硬质涂层的韧性优异。
另外，如比较例8～13这样，在具备与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层不同的A/B/C的交替层叠结构的硬质涂层的情况下，常温硬度为31.1～36.4GPa水平，虽然比比较例1～7高，但与本发明的实施例1～12的36.2～38.4GPa水平相比仍然偏低，特别是，热硬度为31.5～34.2GPa水平，与本发明的实施例1～12的35.2～37GPa水平相比大幅下降，与比较例1～7相同地，在高温热化环境下硬度的下降大。
并且，比较例8～13的摩擦系数也均为0.41～0.52水平，与本发明的实施例1～12的0.31～0.46水平相比高，关于开裂长度，与比较例8～13的44～51μm的开裂长度相比，本发明的实施例1～12的开裂长度为40～45μm，均在45μm以内，由此可确认本发明的实施例的切削工具用硬质涂层的韧性显著优异。
从以上的对硬质涂层的物性评价可知，本发明的实施例1～12的硬质涂层与比较例1～13的硬质涂层相比，硬度和润滑性(摩擦系数)及韧性(耐开裂性)等均匀地得到提高。
耐磨损性评价
为了评价在将本发明的实施例1～12及比较例1～13的硬质涂层使用在特别要求耐磨损性的切削作业时的切削性能，在如下条件下进行了铣削加工切削试验，其结果分别如下面的表7和表8表示：被切削材料：合金钢(SCM440，合金钢铣削加工)，样品型号：SPKN1504EDSR(ISO)，切削速度：200m/min，切削移送：0.2mm/tooth，切削深度：2mm。
[表7]
实施例No. 纳米多层结构(靶组成比例) 切削寿命(加工距离,m) 寿命结束原因
1 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5)/TiAlN(5:5)/NbN 18 正常磨损
2 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5)/TiAlN(5:5)/VN 18.5 正常磨损
3 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5)/TiAlN(5:5)/CrN 16.4 正常磨损
4 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/AlTiN(67:33)/NbN 19.5 正常磨损
5 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/AlTiN(67:33)/VN 20 正常磨损
6 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/AlTiN(67:33)/CrN 17 正常磨损
7 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/TiAlN(5:5)/NbN 18.5 正常磨损
8 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/TiAlN(5:5)/VN 18.5 正常磨损
9 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/TiAlN(5:5)/CrN 17 正常磨损
10 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3)/AlTiN(67:33)/NbN 21 正常磨损
11 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3)/AlTiN(67:33)/VN 21.5 正常磨损
12 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3)/AlTiN(67:33)/CrN 19 正常磨损
[表8]
比较例No. 纳米多层结构(靶组成比例) 切削寿命(加工距离,m) 寿命结束原因
1 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3) 7 过度磨损
2 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3) 7.5 过度磨损
3 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5) 7 过度磨损
4 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 7.2 过度磨损
5 TiAlN(5:5)/NbN 8.4 破损
6 TiAlN(5:5)/VN 9.2 破损
7 TiAlN(5:5)/CrN 5 过度磨损
8 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/NbN 15.1 过度磨损
9 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/VN 15.3 过度磨损
10 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/CrN 11 过度磨损
11 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/NbN 12 正常磨损
12 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/VN 13.5 正常磨损
13 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/CrN 11.5 过度磨损
在上述表7和表8中可确认，本发明的实施例1～12的切削寿命为17m～21.5m，均为17m以上，寿命结束原因均为正常磨损，而与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层相比，除了纳米多层组成中的一部分薄膜，在具备A/B的交替层叠结构的比较例1～7的硬质涂层的情况下，都不是通过正常的磨损而结束寿命，而是因破损或过度磨损而结束寿命，切削寿命均仅为5m～9.2m，不到10m，耐磨损性显著下降。
另外，如比较例8～13这样，在具备与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层不同的A/B/C的交替层叠结构的硬质涂层的情况下，除了比较例11和12之外，并不是通过正常磨损而结束寿命，而是因过度磨损而结束寿命，即便包括因正常磨损而结束寿命的比较例11和12，切削寿命为11m～15.3m水平，均在16m以内，与本发明的实施例1～12的17～21.5m水平相比大大落后。
因此可知，本发明的实施例1～12的切削工具用硬质涂层除了其中一部分薄膜之外，与具备A/B的交替层叠结构或具备A/B/C的交替层叠结构的比较例1～13的硬质涂层相比，具备优异的耐磨损特性。
韧性(耐冲击性)评价
为了评价在将本发明的实施例1～12及比较例1～13的硬质涂层使用在特别地要求韧性(耐冲击性)的切削条件时的切削性能，在如下条件下进行了铣削加工耐冲击切削性能评价结果(断续评价)，并直到涂覆硬质涂层的刀片被破损为止进行了评价，其结果如下面的表9和表10所示：被切削材料：合金钢(SCM440，合金钢3组隔板铣削加工)，样品型号：SPKN1504EDSR(ISO)，切削速度:200m/min，切削移送：0.2mm/tooth，切削深度：2mm。
[表9]
实施例No. 纳米多层结构(靶组成比例) 切削寿命(加工距离,m)
1 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5)/TiAlN(5:5)/NbN 8.9
2 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5)/TiAlN(5:5)/VN 9.5
3 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5)/TiAlN(5:5)/CrN 10
4 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/AlTiN(67:33)/NbN 8.5
5 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/AlTiN(67:33)/VN 8.5
6 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/AlTiN(67:33)/CrN 9
7 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/TiAlN(5:5)/NbN 8.5
8 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/TiAlN(5:5)/VN 8.7
9 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/TiAlN(5:5)/CrN 10
10 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3)/AlTiN(67:33)/NbN 8.5
11 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3)/AlTiN(67:33)/VN 8.5
12 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3)/AlTiN(67:33)/CrN 10
[表10]
比较例No. 纳米多层结构(靶组成比例) 切削寿命(加工距离,m)
1 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3) 6.1
2 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3) 6.5
3 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5) 6.5
4 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 6.5
5 TiAlN(5:5)/NbN 7.2
6 TiAlN(5:5)/VN 7
7 TiAlN(5:5)/CrN 6.5
8 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/NbN 7.7
9 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/VN 8
10 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/CrN 8.1
11 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/NbN 8.2
12 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/VN 8.4
13 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/CrN 8
如在上述表9和表10可确认，本发明的实施例1～12的切削寿命为8.9m～10m水平，与此相比，比较例1～13的切削寿命为6.1m～8.4m水平，均未达到8.5m，可见本发明的实施例的切削工具用硬质涂层具有优异的耐冲击性。
综合切削性能评价
一般地，钻孔加工与铣削加工相比，切削速度慢且在湿式条件下进行，因此切削工具的润滑性(耐熔敷性)和韧性非常重要。为了综合评价本发明的实施例1～12及比较例1～13的硬质涂层的润滑性、耐崩裂性、韧性及耐磨损性，在如下条件下进行了钻孔加工切削性能评价，其结果分别如下面的表11和表12所示：被切削材料：碳钢(SM45C，碳钢钻孔加工)，样品型号：SPMT07T208/XOMT07T205(可变端钻头刀片，20Ф-5D)，切削速度：150m/min，切削移送：0.1mm/rev，切削深度：90mm(贯通)。
[表11]
[表12]
比较例No. 纳米多层结构(靶组成比例) 切削寿命(hole:20Ф-90mm) 寿命结束原因
1 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3) 52 过度磨损
2 AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3) 52 过度磨损
3 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5) 52 过度磨损
4 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 52 过度磨损
5 TiAlN(5:5)/NbN 52 熔敷
6 TiAlN(5:5)/VN 52 熔敷
7 TiAlN(5:5)/CrN 26 过度磨损
8 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/NbN 156 崩裂
9 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/VN 156 熔敷
10 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/CrN 156 过度磨损
11 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/NbN 256 过度磨损
12 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/VN 256 过度磨损
13 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5)/CrN 208 过度磨损
参照上述表11和表12可知，与上述的耐磨损性、韧性(耐冲击性)评价结果类似地，形成了本发明的实施例1～12的硬质涂层的切削工具的寿命与比较例1～13相比显示显著高的水平。特别是，在相同的试验条件下，比较例1～13均因熔敷、崩裂或过度磨损而结束了寿命，因此在综合切削性能评价中，都是正常磨损的本发明的实施例1～12的切削工具用硬质涂层发挥了非常优异的性能。
这样，通过按薄层A-B-A-C的顺序层叠耐磨损性优异的Ti和Al的复合氮化物层(薄层A)、润滑性优异的Al和Cr的复合氮化物层(薄层B)及韧性和耐崩裂性优异且在高温环境下润滑性得到提高的Nb、V及Cr中的任一个的氮化物层(薄层C)而形成的纳米多层结构，能够均匀地提高耐磨损性、润滑性、韧性、耐崩裂性等的在切削工具用硬质涂层中所需的各种特性，因此恰当地用于难切削材料的加工。
特别是，与虽然均包括本发明的切削工具用硬质涂层所具备的三个薄层，但将该三个薄层依次交替层叠的比较例8～13相比，各种特性均匀地得到提高，由此确认了以将Ti和Al的复合氮化物层(薄层A)分别夹在薄层B和薄层C的各个间隙的形态体现的本发明的纳米多层结构对硬质涂层的性能改善带来不小的影响。
以上，本发明仅对所记载的具体例进行了详细说明，但是本领域技术人员明白在本发明的技术思想范围内可进行各种变形及修改，而这样的变形及修改自然属于本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种切削工具用硬质涂层，该硬质涂层形成于母材的表面，其特征在于，
所述硬质涂层构成为从所述母材起按薄层A-B-A-C的顺序层叠薄层A、薄层B及薄层C而成的纳米多层结构或将该纳米多层结构反复层叠两次以上而成的结构，所述薄层A由Ti1-xAlxN构成，其中0.3≤x≤0.7，所述薄层B由Al1-yCryN构成，其中0.3≤y≤0.7，所述薄层C由MeN构成，其中Me为Nb、V、Cr中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的切削工具用硬质涂层，其特征在于，
所述薄层A、薄层B及薄层C的平均厚度分别为3nm～50nm。
3.根据权利要求1所述的切削工具用硬质涂层，其特征在于，
所述薄层A、薄层B及薄层C的平均厚度分别为20nm～40nm。
4.根据权利要求1所述的切削工具用硬质涂层，其特征在于，
所述切削工具用硬质涂层的平均厚度为1μm～20μm。
5.根据权利要求1所述的切削工具用硬质涂层，其特征在于，
所述切削工具用硬质涂层在900℃下进行30分钟的热化处理后的热硬度为35GPa以上。
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