CN104302805B - 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‑C‑D的顺序层叠与母材之间的紧贴性和耐磨损性优异的Ti和Al的复合氮化物层(薄层A)、耐磨损性优异且在高温环境下提高耐氧化性的Al和Ti并且Si、Cr、Nb中的一种以上的复合氮化物层(薄层B)、耐磨损性优异的Al和Ti的复合氮化物层(薄层C)及抑制裂缝扩展且润滑性优异的Al和Cr的氮化物层(薄层D)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、耐氧化性等的在切削工具用硬质涂层中所需的各种特性，因此适合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，涉及构成为包括薄层A、薄层B、薄层C及薄层D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、韧性及耐氧化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，要求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，从而对高硬度被切削材料或难切削材料的要求进行了应对。
但是，最近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，由此因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，最近试图通过有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。
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按薄层A-B-C-D的顺序层叠薄层A、薄层B、薄层C及薄层D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TixAl1-xN构成，其中0.5≤x≤0.7，所述薄层B由Al1-y-zTiyMezN构成，其中0.4≤y≤0.7，0<z≤0.1，Me为Si、Cr、Nb中的1种以上，所述薄层C由AlaTi1-aN构成，其中0.5≤a≤0.7，所述薄层D由AlbCr1-bN构成，其中0.5≤b≤0.7。
所述薄层A、薄层B、薄层C及薄层D的平均厚度分别优选为3nm～50nm。
所述薄层A、薄层B、薄层C及薄层D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-C-D的顺序层叠与母材之间的紧贴性和普遍地耐磨损性优异的Ti和Al的复合氮化物层(薄层A)、根据Si，Cr，Nb的固溶强化效果而使得薄膜硬度上升，从而耐磨损性优异且在高温环境下这些固溶元素快速形成氧化物而进一步大大提高耐氧化性的Al和Ti并且Si、Cr、Nb中的一种以上的复合氮化物层(薄层B)、耐磨损性优异的Al和Ti的复合氮化物层(薄层C)及抑制裂缝扩展且润滑性优异的Al和Cr的氮化物层(薄层D)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、耐氧化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按薄层A-B-C-D的顺序纳米层叠而形成，以周期性地反复的方式层叠强化各个薄层的硬度、耐氧化性及润滑性的薄层，从而将各个薄层的功能极大化，能够均衡地提高在难切削材料加工时所需的耐磨损性、润滑性、韧性、耐崩裂性及耐氧化性。
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依次层叠薄层A、薄层B、薄层C、薄层D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和薄层C是以提高与母材之间的紧贴性、耐磨损性及硬度为主要目的的薄层，其组成分别由TixAl1-xN(0.5≤x≤0.7)和AlaTi1-aN(0.5≤a≤0.7)构成。
所述薄层A和薄层C以0.5至0.7的比率分别包括Ti和Al，并由Ti含量较多的Ti和Al的复合氮化物和Al含量较多的Al和Ti的复合氮化物构成。在TiAlN中，如果Ti元素的含量多于Al元素的含量，则韧性增加，相对地硬度减少，如果Al元素的含量多于Ti元素的含量，则硬度增加，韧性减少。
因此，薄层A和薄层C由韧性强的Ti和Al的复合氮化物和硬度强的Ti和Al的复合氮化物构成，将该薄层A和薄层C以在中间隔着薄层B或薄层D的方式交替层叠，从而形成韧性和硬度均衡地得到提高的硬质涂层。
另外，在薄层A中，在Ti的含量超过0.7的情况下(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，因此是不理想的。
另外，在薄层B中，在Al的含量超过0.7的情况下(在Ti的含量小于0.3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，因此是不理想的。
因此，在薄层A和薄层B中，优选将Ti和Al的含量限制为分别不超过0.7。
这样，由Ti和Al的复合氮化物构成的薄层A和薄层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耐磨损性、韧性、耐崩裂性、润滑性的多个方面均匀地高且均衡的特性。
另外，薄层A与其他薄层相比，压缩残余应力低，与母材之间的紧贴力高，因此优选形成在母材上。与此相反地，薄层B和薄层C作为高硬度功能层，根据各个元素的固溶强化效果而具备较高的压缩残余应力(一般在PVD薄膜的情况下，薄膜硬度越高，压缩残余应力也越高)，因此在将这样的薄层B和薄层C形成在母材上的情况下，根据母材与薄层之间的压缩应力之差而导致硬质涂层的紧贴力下降，因此是不理想的。
所述薄层B是以提高耐磨损性和耐氧化性为主要目的的薄层，由Al1-y-zTiyMezN(0.4≤y≤0.7，0<z≤0.1，Me是Si、Cr、Nb中的1种以上)的组成构成。
在所述薄层B中，Ti优选为0.4以上0.7以下，其理由如下：在Ti的含量小于0.4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，而在超过0.7的情况下，原子的半径比Ti小的Al被替代，被固溶的量减少，因此薄膜的硬度及耐磨损性下降，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。
另外，在所述薄层B中包括0.1以下的Si、Cr、Nb中的1种以上，在这样包括Si、Cr、Nb中的1种以上的情况下，在高温的切削环境下形成包括Al2O3氧化层的Si2O3、Cr2O3或Nb2O3等的双性氧化物，能够显著提高硬质涂层的耐氧化性。这样，Si、Cr、Nb中的1种以上固溶强化到AlTiN结晶结构，能够提高薄膜的耐氧化性及硬度(特别是热硬度)。
但是，在Si、Cr、Nb中的1种以上的含量超过0.1的情况下，在形成粗大的薄膜组织的同时，在进行切削加工时如果暴露于高温的环境，则形成Cr2N等的偏析，导致耐磨损性下降，缩短工具的寿命，因此其含量优选限定为0.1以下。
所述薄层D是以提高硬质涂层的润滑性和韧性(耐冲击性)并抑制裂缝扩展为主要目的的薄层，其具体组成由AlbCr1-bN(0.5≤b≤0.7)构成。
在所述薄层D中，Al的含量优选为0.5以上0.7以下，其理由如下：在Al的含量小于0.5的情况下，即在Cr的含量为0.5以上的情况下，在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，因此是不理想的，而在Al的含量超过0.7的情况下，即在Cr的含量为0.3以下的情况下，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，韧性和耐磨损性下降，缩短工具的寿命，因此是不理想的。
另外，所述薄层A，薄层B，薄层C，薄层D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、薄层D的厚度不同的情况下进行实验可知，在平均厚度分别为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，依次层叠具备普遍优异的紧贴力、耐磨损性、韧性的特性的薄层A、通过根据固溶元素而实现的固溶强化效果而提高耐磨损性和耐氧化性的薄层B、作为追加性地弥补耐磨损性的功能层的薄层C、作为提高薄层A-B-C的韧性和润滑性的层而起作用的薄层D而形成了A-B-C-D的纳米多层结构，在形成这样的薄层A-B-C-D的纳米多层结构的情况下，相互弥补各个薄层所具备的缺点，能够均衡地提高耐磨损性、耐氧化性、韧性及润滑性。
特别是，通过影响各个薄层的耐磨损性和韧性的各层的薄膜硬度(及残余应力)周期性地被波动(oscillation)而层叠的结构，能够同时提高显示彼此相对的特性的耐磨损性和韧性，因此本发明的切削工具用硬质涂层优选体现为薄层A-B-C-D的纳米多层结构。
具备这样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1μm～20μm的平均厚度。
如上述，本发明的特征在于，通过将TiAlN、AlTiMeN(Me为Si、Cr、Nb中的一种以上)、AlTiN、AlCrN系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、耐崩裂性、及耐氧化性等的均匀的提高。
[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AlTiSi靶、AlTiCr靶或TiAlNb靶，对薄层C使用了AlTi靶，对薄层D使用了AlCr靶。将初始真空压力减压为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25nm～45nm的平均厚度依次层叠TiAlN膜、AlTi(Si，Cr，Nb)N膜、AlTiN膜、AlCrN膜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4.2μm～4.5μm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。
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]
如在上述表2中所确认，比较例1～7是将使用于本发明的实施例的各个薄层以单层的形态形成了总厚度为4.1μm～4.3μm的硬质涂层，比较例8～13是在本发明的实施例中使用的薄层中选择两个而以23nm～47nm的平均厚度交替层叠来形成了具备A/B纳米多层结构的总厚度为4.0μm～4.4μm的硬质涂层，这些硬质涂层用于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(单层或A/B纳米多层)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、摩擦系数及裂缝长度评价
为了比较并评价如上形成的本发明的实施例1～6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，卸载时间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Al2O3，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裂缝长度。
表5和表6分别表示对这样的本发明的实施例1～8和比较例1～15的常温硬度、热硬度、摩擦系数及裂缝长度的测量结果。
[表5]
[表6]
在上述表5和表6中可确认，在如比较例1～7这样，将在本发明的实施例的切削工具用硬质涂层中使用的纳米多层组成中的任一个薄层形成为单层形态的硬质涂层的情况下，常温硬度为29.5Pa～35.5Pa水平，与本发明的实施例1～6的36.5GPa～38.4GPa水平相比常温硬度下降，特别是，热硬度为24GPa～34.7GPa水平，均小于35GPa，与本发明的实施例1～6的35.1GPa～38GPa水平相比显著下降，可见在高温热化环境下硬度的下降非常大。
另外，除了仅由能够将润滑性极大化的AlCrN构成的比较例3和4之外，比较例1～7的摩擦系数为0.41～0.72水平，高于本发明的实施例1～6的0.32～0.47水平。
不仅如此，关于比较例1～7的裂缝长度，比较例1～7的裂缝长度为46μm～64μm，与此相比，本发明的实施例1～6的裂缝长度为42μm～47μm，可知本发明的实施例的切削工具用硬质涂层的韧性优异。
如上述，由单层构成的比较例1～7根据构成该层的组成，只有特定的特性优异。例如，在润滑性优异的比较例3和4的情况下，常温硬度和热硬度为25.5GPa～31.1GPa，非常低，在常温硬度和热硬度比较优异的比较例5～7的情况下，裂缝长度均接近60μm，可知韧性(耐开裂性)低。
另外，如比较例8～13这样，在从在本发明的实施例的切削工具用硬质涂层中使用的纳米多层组成中选择两个薄层而形成了A/B的交替层叠结构的硬质涂层的情况下，常温硬度为34.5Pa～36.9Pa水平，虽然比比较例1～7高，但与本发明的实施例1～6的36.5GPa～38.4GPa水平相比仍然低，并且热硬度也是31.4GPa～35.7GPa水平，与本发明的实施例1～6的35.1GPa～38GPa水平相比大大下降，可知在高温热化环境下硬度的下降非常大。
并且，比较例8～13的摩擦系数为0.4～0.67水平，高于本发明的实施例1～6的0.32～0.47水平，表示与本发明的实施例1～6相比润滑性下降。
而且，关于裂缝长度，比较例8～13的裂缝长度为43μm～64μm水平，比本发明的实施例1～6的42μm～47μm长，可知本发明的实施例的切削工具用硬质涂层的韧性优异。
从以上的对硬质涂层的物性评价可知，本发明的实施例1～6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1～6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：碳钢(SM45C，碳钢铣削加工)，样品型号：SPKN1504EDSR(ISO)，切削速度：200m/min，切削移送：0.3mm/tooth，切削深度：2mm。
[表7]
[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) 7.8 破损
2 AlTiN(67:33) 8 崩裂
3 AlCrN(5:5) 2.5 过度磨损
4 AlCrN(7:3) 2.5 磨损
5 AlTiSiN(58:37:5) 10 崩裂
6 AlTiCrN(54:38:8) 11 破损
7 TiAlNbN(50:40:10) 8 过度磨损
8 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3) 10 破损
9 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5) 9.4 崩裂
10 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 9 破损
11 TiAlN(5:5)/AlTiSiN(58:37:5) 13.4 过度磨损
12 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8) 12.1 过度磨损
13 TiAlN(5:5)/AlTiNbN(40:50:10) 11.8 过度磨损
在上述表7和表8中可确认，本发明的实施例1～6的切削寿命为15m～18.2m，均为15m以上，寿命结束原因均为正常磨损，而在如比较例1～7这样，将在本发明的实施例的切削工具用硬质涂层中使用的纳米多层组成中的任意一个薄层以单层的形态形成或如比较例8～13这样，从在本发明的实施例的切削工具用硬质涂层中使用的纳米多层组成中选择两个薄层而形成为A/B的交替层叠结构的硬质涂层的情况下，均未通过正常磨损而结束寿命，而是因破损、崩裂、磨损、过度磨损而结束了寿命，并且切削寿命仅为2.5m～13.4m，可知与本发明的实施例相比耐磨损性显著下降。
因此，可知本发明的实施例1～6的切削工具用硬质涂层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1～6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)/AlTiSiN(58:37:5)/AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3) 8.7
2 TiAlN(5:5)/AlTiSiN(58:37:5)/AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 8.7
3 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3) 9.3
4 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 8.6
5 TiAlN(5:5)/AlTiNbN(40:50:10)/AlTiN(67:33)/AlCrN(7:3) 7.1
6 TiAlN(5:5)/AlTiNbN(40:50:10)/AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 7.6
[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) 2.9
2 AlTiN(67:33) 2.8
3 AlCrN(5:5) 0.8
4 AlCrN(7:3) 1
5 AlTiSiN(58:37:5) 3.2
6 AlTiCrN(54:38:8) 3
7 TiAlNbN(50:40:10) 1.2
8 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3) 3.6
9 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5) 4.3
10 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 5.4
11 TiAlN(5:5)/AlTiSiN(58:37:5) 6.5
12 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8) 6.7
13 TiAlN(5:5)/AlTiNbN(40:50:10) 5.3
在上述表9和表10中可确认，本发明的实施例1～6的切削寿命为7.1m～9.3m，均为7m以上，而比较例1～13的切削寿命为0.8m～6.7m，均为7m以内，由此表示本发明的实施例的切削工具用硬质涂层的优异的耐冲击性。
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)和耐崩裂性非常重要。为了综合评价本发明的实施例1～6及比较例1～13的硬质涂层的润滑性、耐崩裂性、耐磨损性、韧性及耐氧化性，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) 61 熔敷/过度磨损
2 AlTiN(67:33) 68 熔敷/崩裂
3 AlCrN(5:5) 18 过度磨损
4 AlCrN(7:3) 12 过度磨损
5 AlTiSiN(58:37:5) 82 崩裂
6 AlTiCrN(54:38:8) 76 熔敷/崩裂
7 TiAlNbN(50:40:10) 45 过度磨损
8 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3) 107 过度磨损
9 TiAlN(5:5)/AlCrN(5:5) 104 崩裂
10 AlTiN(67:33)/AlCrN(5:5) 111 熔敷/崩裂
11 TiAlN(5:5)/AlTiSiN(58:37:5) 164 过度磨损/崩裂
12 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8) 146 过度磨损
13 TiAlN(5:5)/AlTiNbN(40:50:10) 120 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1～6的硬质涂层的切削工具的寿命与比较例1～13相比表示出显著高的水平。
即，除了实施例1，本发明的实施例1～6均因正常磨损结束了寿命，切削寿命为177～264，而比较例1～13均非正常地结束寿命，而是因熔敷、崩裂或过度磨损而结束寿命，切削寿命也只不过是12～164，从而在综合切削性能评价中本发明的实施例1～6的硬质涂层发挥了非常优异的性能。
由此可知，通过按薄层A-B-C-D的顺序层叠与母材之间的紧贴性和耐磨损性优异的Ti和Al的复合氮化物层(薄层A)、耐磨损性优异且在高温环境下耐氧化性得到提高的Al、Ti及Si、Cr、Nb中的一种以上的复合氮化物层(薄层B)、耐磨损性优异的Al和Ti的复合氮化物层(薄层C)及抑制裂缝扩展且润滑性优异的Al和Cr的氮化物层(薄层D)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、耐氧化性等的在切削工具用硬质涂层中所需的各种特性，因此适合用于难切削材料的切削工具中。
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按薄层A-B-C-D的顺序层叠薄层A、薄层B、薄层C及薄层D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TixAl1-xN构成，其中0.5≤x≤0.7，所述薄层B由Al1-y-zTiyMezN构成，其中0.4≤y≤0.7，0<z≤0.1，Me为Si、Cr、Nb中的1种以上，所述薄层C由AlaTi1-aN构成，其中0.5＜a≤0.7，所述薄层D由AlbCr1-bN构成，其中0.5≤b≤0.7。
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、薄层C及薄层D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、薄层C及薄层D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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