CN104321460A - 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，通过依次层叠耐磨损性优异的Ti和Al的复合氮化物层、润滑性优异的Al、Ti、Cr的复合氮化物层、韧性和耐崩裂性优异的Nb或V的氮化物层及耐氧化性优异的Al、Ti、Si的复合氮化物层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中。

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，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，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)及耐氧化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包括薄层A、薄层B、薄层C及薄层D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0.5≤x≤0.7，所述薄层B由Al1-y-zTiyCrzN构成，其中0.3≤y≤0.6，0<z≤0.3，所述薄层C由MeN构成，其中Me为Nb或V，所述薄层D由Al1-a-bTiaSibN构成，其中0.3≤a≤0.7，0<b<0.1。
所述纳米多层结构优选从所述母材起按薄层A、薄层B、薄层C及薄层D的顺序层叠而成。
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，通过依次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、润滑性优异的Al、Ti、Cr的复合氮化物层、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或V的氮化物层及耐氧化性优异的Al、Ti、Si的复合氮化物层而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中。
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各个薄层的耐磨损性、润滑性、韧性、耐氧化性的薄层，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、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。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及薄层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是以提高耐磨损性和硬度为主要目的的薄层，其组成由Ti1-xAlxN(0.5≤x≤0.7)构成。
在所述薄层A中，在Al的含量小于0.5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0.5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-y-zTiyCrzN(0.3≤y≤0.6，0<z≤0.3)的组成构成。
在所述薄层B中，Ti优选为0.3以上0.6以下，其理由如下：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，而在超过0.6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中包含0.3以下的Cr，在这样包括Cr的情况下，能够显著提高润滑性。但是，在Cr的含量超过0.3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0.3以下。
所述薄层C是以提高韧性和耐崩裂性为主要目的的薄层，基本上由具备较高的破坏韧性及耐崩裂性的NbN或VN构成。这样的薄层C在高温的作业环境下相变化为V2O5或Nb2O5，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，根据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或VN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在韧性、耐崩裂性、润滑性、耐磨损性的多个侧面上具备均高且均衡的特性。
所述薄层D是以提高耐氧化性为主要目的的薄层，其具体组成由Al1-a-bTiaSibN(0.3≤a≤0.7，0<b<0.1)构成。
在所述薄层D中，Ti的含量优选为0.3以上0.7以下，其理由如下：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，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D中包括小于0.1的Si，这是因为在以小于0.1的少量(适量)添加Si的情况下，非晶质的Si3N4相沿着结晶质的AlTiN相的晶界而形成，将结晶质相的粒子微细化，因此提高硬度及耐磨损性，效果理想。并且，在高温切削加工时，非晶质的Si3N4相形成SiO2氧化物，起到防止内部元素扩散到外部的作用，从而能够提高切削工具的寿命。
但是，在所述薄层D中，在Si的含量超过0.1的情况下，非晶质的Si3N4相增加，自身硬度下降，另外结晶质的AlTiN相的粒子微细化效果下降，因此有可能导致耐磨损性下降，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，从而强化薄膜，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、薄层C、薄层D依次层叠而构成了A-B-C-D的纳米多层结构，但是其构成方式不限于此，也可以构成为A-D-C-B、B-A-D-C、D-A-C-B等各种形态。
但是，在本发明的切削工具用硬质涂层形成为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)而层叠的结构的情况下，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构成为薄层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、AlTiCrN、AlTiSiN系薄层和NbN或VN薄层作为组合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AlTiCr靶，对薄层C使用了Nb或V靶，对薄层D使用了AlTiSi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，将作为耐磨损层的TiAlN膜、作为润滑层的AlTiCrN膜、作为韧性层的NbN膜或VN膜、作为耐氧化层的AlTiSiN膜以28～31nm的平均厚度依次层叠而形成了纳米多层结构，并且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中可确认，比较例1～4将TiAlN膜或AlTiN膜、AlTiCrN膜及TiN膜以A/B/C层叠结构、以30nm～31nm的平均厚度依次层叠而形成了总厚度为3.4μm～3.6μm的硬质涂层，比较例5～8是将TiAlN膜或AlTiN膜、AlCrN膜或AlTiCrN膜及AlTiSiN膜以A/B/C层叠结构、以30～31nm的平均厚度依次层叠而形成了总厚度为3.5μm～3.8μm的硬质涂层，比较例9～12是将TiAlN膜或AlTiN膜、AlTiCrN膜及NbN膜或VN膜以A/B/C层叠结构、以28～30nm的平均厚度依次层叠而形成了总厚度为3.3～3.6μm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(一部分薄膜除外或由TiN膜或AlCrN膜这样的一般的组成的薄膜形成)及层叠结构之差引起的切削性能之差。
并且，比较例13～15是将TiAlN膜、AlTiCrN膜或AlCrN膜、NbN膜或VN膜或TiN膜、AlTiN膜或AlTiSiN膜以A/B/C/D层叠结构、以31～33nm的平均厚度依次层叠而形成了总厚度为3.5～3.8μm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(用其他一般组成来形成一部分薄膜)之差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1～8和比较例1～15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裂缝长度。
表5和表6分别表示了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1～12这样，与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层相比，在纳米多层组成中除一部分薄膜之外或如TiN膜或AlCrN膜这样由一般的组成形成且具备A/B/C的层叠结构的硬质涂层的情况下，常温硬度为33.5～36.8GPa水平，与本发明的实施例1～8的36.9～38.5GPa水平相比下降，特别是热硬度为26.8～34.5GPa水平，与本发明的实施例1～8的35.5～37.1GPa水平相比大大下降，可知在高温热化环境中硬度的下降非常大。
另外，比较例1～12的摩擦系数也除了比较例12的0.39之外大部分为0.4～0.6水平，高于本发明的实施例1～8的0.35～0.42水平。
不仅如此，裂缝长度也是在比较例1～12的情况下为42～52μm，与此相比，本发明的实施例1～8的裂缝长度为41～45μm，均在45μm以内，可知本发明的实施例的切削工具用硬质涂层的韧性优异。
另外，在如比较例13～15这样，与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层相比，同样具备A/B/C/D的层叠结构，并且其纳米多层组成中一部分薄膜由TiN膜或AlCrN膜这样的一般的组成形成的硬质涂层的情况下，常温硬度为37.4～38GPa水平，与本发明的实施例1～8的36.9～38.5GPa水平多少类似，但热硬度为31.8～32.5GPa水平，与本发明的实施例1～8的35.5～37.1GPa水平相比仍然大大下降。
并且，在比较例13～15的情况下，摩擦系数为0.52～0.56水平，与本发明的实施例1～8的0.35～0.42水平相比非常高，可见与本发明的实施例1～8相比润滑性低。
而且，裂缝长度也是在比较例13～15的情况下为49～51μm水平，与本发明的实施例1～8的41～45μm相比长很多，可知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1～8的硬质涂层与比较例1～15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1～8及比较例1～15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]
[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
1TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/TiN 9 崩裂
2TiAlN(5:5)/AlTiCrN(4:3:3)/TiN 9.5 过度磨损
3AlTiN(7:3)/AlTiCrN(54:38:8)/TiN 11 过度磨损
4AlTiN(7:3)/AlTiCrN(4:3:3)/TiN 11 过度磨损
5AlTiN(7:3)/AlCrN(7:3)/AlTiSiN(58:37:5) 12 崩裂
6TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/AlTiSiN(58:37:5) 12.5 崩裂
7AlTiN(7:3)/AlTiCrN(54:38:8)/AlTiSiN(58:37:5) 13 正常磨损
8TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/AlTiSiN(58:37:5) 12.5 正常磨损
9TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/NbN 12 过度磨损
10TiAlN(5:5)/AlTiCrN(4:3:3)/VN 11.5 过度磨损
11AlTiN(7:3)/AlTiCrN(4:3:3)/NbN 11 过度磨损
12AlTiN(7:3)/AlTiCrN(4:3:3)/VN 12 过度磨损
13TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/NbN/AlTiN(67:33) 15 正常磨损
14TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/VN/AlTiN(67:33) 16.2 正常磨损
15TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/TiN/AlTiSiN(58:37:5) 16 正常磨损
在上述表7和表8中可确认，本发明的实施例1～8的切削寿命为17.5～18.5m，均为17.5m以上，寿命结束原因为正常磨损，而在如比较例1～12这样，与本发明的实施例的切削工具用硬质涂层相比，在纳米多层组成中除一部分薄膜之外或如TiN膜或AlCrN膜这样由一般的组成形成且具备A/B/C的层叠结构的硬质涂层的情况下，除了比较例7和8之外，并未通过正常磨损而结束寿命，而是均因崩裂或过度磨损而结束了寿命，即便包括比较例7和8，切削寿命只不过为9～13m，可知耐磨损性显著下降。
另外，在虽然具备与本发明的实施例类似的A/B/C/D的层叠结构，但在纳米多层组成中一部分薄膜由TiN膜或AlCrN膜这样的一般的组成形成的比较例13～15的情况下，虽然通过正常磨损结束了寿命，但其切削寿命为15～16.2水平，表示与本发明的实施例1～8的17.5～18.5m水平相比落后。
因此，可知本发明的实施例1～8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1～8及比较例1～15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)/AlTiCrN(54:38:8)/NbN/AlTiSiN(58:37:5) 13
2 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/VN/AlTiSiN(58:37:5) 10.5
3 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(4:3:3)/NbN/AlTiSiN(58:37:5) 11
4 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(4:3:3)/VN/AlTiSiN(58:37:5) 11.2
5 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(54:38:8)/NbN/AlTiSiN(58:37:5) 10.7
6 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(54:38:8)/VN/AlTiSiN(58:37:5) 10.5
7 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(4:3:3)/NbN/AlTiSiN(58:37:5) 11.5
8 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(4:3:3)/VN/AlTiSiN(58:37:5) 12
[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)/AlTiCrN(54:38:8)/TiN 8
2 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(4:3:3)/TiN 8.5
3 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(54:38:8)/TiN 8.5
4 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(4:3:3)/TiN 8.5
5 AlTiN(7:3)/AlCrN(7:3)/AlTiSiN(58:37:5) 9
6 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/AlTiSiN(58:37:5) 9.5
7 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(54:38:8)/AlTiSiN(58:37:5) 8
8 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/AlTiSiN(58:37:5) 8.5
9 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/NbN 10
10 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(4:3:3)/VN 10.5
11 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(4:3:3)/NbN 11
12 AlTiN(7:3)/AlTiCrN(4:3:3)/VN 10.5
13 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/NbN/AlTiN(67:33) 9
14 TiAlN(5:5)/AlTiCrN(54:38:8)/VN/AlTiN(67:33) 10
15 TiAlN(5:5)/AlCrN(7:3)/TiN/AlTiSiN(58:37:5) 9
在上述表9和表10中可确认，本发明的实施例1～8的切削寿命为10.5～13m，均为10.5m以上，可测到13m为止，而比较例1～15的切削寿命为8～10.5m，均为10.5m以下，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1～8及比较例1～15的硬质涂层的润滑性、耐崩裂性、耐磨损性及韧性，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]
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1～8的硬质涂层的切削工具的寿命与比较例1～15相比显示显著高的水平。特别是，在比较例1～15中除比较例14之外，均因熔敷/崩裂或过度磨损而结束了寿命，在综合切削性能评价中本发明的实施例1～8的硬质涂层发挥了非常优异的性能。
这样，通过依次层叠耐磨损性优异的Ti和Al的复合氮化物层、润滑性优异的Al、Ti、Cr的复合氮化物层、韧性和耐崩裂性优异的Nb或V的氮化物层及耐氧化性优异的Al、Ti、Si的复合氮化物层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，因此能够恰当地用于难切削材料用切削工具中。
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 (6)

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包括薄层A、薄层B、薄层C及薄层D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0.5≤x≤0.7，所述薄层B由Al1-y-zTiyCrzN构成，其中0.3≤y≤0.6，0<z≤0.3，所述薄层C由MeN构成，其中Me为Nb或V，所述薄层D由Al1-a-bTiaSibN构成，其中0.3≤a≤0.7，0<b<0.1。
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，
所述纳米多层结构从所述母材起按薄层A、薄层B、薄层C及薄层D的顺序层叠而成。
3.根据权利要求1或2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。
4.根据权利要求1或2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。
5.根据权利要求1或2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。
6.根据权利要求1或2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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