CN104816141B

CN104816141B - 表面包覆切削工具

Info

Publication number: CN104816141B
Application number: CN201510031601.3A
Authority: CN
Inventors: 龙冈翔; 佐藤贤; 佐藤贤一; 山口健志
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2018-06-19
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: CN104816141A

Abstract

本发明提供表面包覆切削工具。在基体表面通过含有Al(CH₃)₃作为反应气体成分的化学蒸镀法成膜的(Ti_1‑XAl_X)(C_YN_1‑Y)层的Al的平均含有比例X_avg及C的平均含有比例Y_avg(X_avg、Y_avg均为原子比)，满足0.60≤X_avg≤0.95、0≤Y_avg≤0.005，构成复合氮化物或复合碳氮化物的层的晶粒中存在具有立方晶结构的晶粒，硬质包覆层在测定晶粒的{111}面的法线相对于基体表面的法线方向所呈的倾斜角的倾斜角度数分布中，0～12度的范围内的度数比例为所有度数的45％以上，从复合氮化物或复合碳氮化物的层的表面侧使用扫描电子显微镜观察组织时，具有立方晶结构的各个晶粒在与层厚方向垂直的面内具有三角形状，且由该晶粒的以{111}表示的等价晶面形成的刻面在与所述层厚方向垂直的面内占整体的35％以上的面积比例。

Description

表面包覆切削工具

技术领域

本发明涉及一种在不锈钢等的伴有高热产生并且冲击性负荷作用于切削刃的高速断续切削加工等中，硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具(以下，称为包覆工具)。

背景技术

以往，已知有如下包覆工具，其通常在由碳化钨(以下，以WC表示)基硬质合金、碳氮化钛(以下，以TiCN表示)基金属陶瓷或立方晶氮化硼(以下，以cBN表示)基超高压烧结体构成的基体(以下，将这些统称为基体)表面，通过物理蒸镀法包覆形成Ti-Al系的复合氮化物层作为硬质包覆层。已知这种包覆工具发挥优异的耐磨性，用于加工中心或复合加工机等的各种用途。

以往的包覆形成有Ti-Al系的复合氮化物层的包覆工具的耐磨性比较优异，但是在高速断续切削条件下使用时易产生崩刀等异常损耗，因此提出有针对硬质包覆层的改善的各种建议。

例如，专利文献1中公开有通过在基体表面蒸镀形成由改性(Al、Ti)N层构成的硬质包覆层，获得硬质包覆层在高速重切削加工中发挥优异的耐缺损性的包覆工具，所述改性(Al、Ti)N层由满足组成式(Al_1-XTi_X)N(其中，X以原子比为0.40～0.60)的Al与Ti的复合氮化物层构成，且对所述复合氮化物层进行基于电子背散射衍射装置的结晶方位分析时示出如下晶体排列，即从表面研磨面的法线方向上在0～15度的范围内具有结晶方位{111}的晶粒的面积比例为50％以上，并且测定相邻的晶粒彼此所呈的角时，小角晶界(0＜θ≤15°)的比例为50％以上。

并且，专利文献2中公开有如下包覆工具：在包覆有Ti及Al的复合氮化物、碳氮化物、碳化物的立铣刀中，将硬质包覆层的X射线衍射中的{111}面的衍射强度设为I(111)，并将{200}面的衍射强度设为I(200)时，使I(200)/I(111)的值为2.0以下，由此在超过洛氏硬度50(C标度)的高硬度钢的切削加工中，改善硬质包覆层的粘附性及耐磨性。

然而，上述的专利文献1、2中公开的包覆工具通过物理蒸镀法成膜了硬质包覆层，因此无法使Al的含有比例X成为0.6以上，希望进一步提高切削性能。

从这种观点出发，还提出有通过以化学蒸镀法形成硬质包覆层来将Al的含有比例X提高至0.9左右的技术。

例如，专利文献3中记载有如下内容：在TiCl₄、AlCl₃、NH₃的混合反应气体中，在650～900℃的温度范围内进行化学蒸镀，由此能够成膜Al的含有比例X的值为0.65～0.95的(Ti_1-XAl_X)N层，但是该文献中，将通过在该(Ti_1-XAl_X)N层上进一步包覆Al₂O₃层来提高绝热效果为目的，因此并没有阐明通过形成将X的值提高至0.65～0.95的(Ti_1-XAl_X)N层，会对切削性能有什么样的影响。

而且，专利文献4中公开有用化学蒸镀法形成在如下硬质包覆层的包覆工具具有优异的耐热性及循环疲劳强度，所述硬质包覆层中，作为上部层，由Ti_1-xAl_xN、Ti_1-xAl_xC和/或Ti_1-xAl_xCN构成，0.65≤x≤0.9，优选为0.7≤x≤0.9，该上部层具有100～1100MPa之间的压缩应力，优选具有400～800MPa之间的压缩应力，TiCN层或Al₂O₃层配置于所述上部层之下。

专利文献1：日本专利公开2008-264890号公报

专利文献2：日本专利公开平9-291353号公报

专利文献3：日本专利公表2011-516722号公报

专利文献4：日本专利公表2011-513594号公报

近年来的切削加工中的省力化及节能化要求强烈，随之，切削加工有进一步高速化、高效化的趋势，对包覆工具要求进一步的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性等耐异常损伤性，并且要求在长期使用中发挥优异的耐磨性。

但是，上述的专利文献1、2中记载的包覆工具通过物理蒸镀法成膜由(Ti_1-XAl_X)N层构成的硬质包覆层，无法提高膜中的Al含量X，因此例如当供合金钢的高速断续切削时，存在耐崩刀性不充分的课题。

另一方面，对于上述专利文献3、4中记载的通过化学蒸镀法包覆形成的(Ti_1-XAl_X)N层，能够提高Al含量X，并且能够形成立方晶结构，因此可获得具有规定硬度且耐磨性优异的硬质包覆层，但是其与基体的粘附强度不充分，并且韧性较差，因此当供合金钢的高速断续切削的包覆工具而使用时，易产生崩刀、缺损、剥离等异常损伤，无法说其发挥令人满意的切削性能。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种即使在用于不锈钢等的高速断续切削等情况下也发挥优异的耐崩刀性，并且经长期使用发挥优异的耐磨性的包覆工具。

本发明人等从上述观点出发，为了实现通过化学蒸镀包覆形成有由Ti及Al的复合碳氮化物(以下，有时以“(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)”表示)构成的硬质包覆层的包覆工具的耐崩刀性、耐磨性的改善，反复进行深入研究的结果，得到了如下见解。

发现如下内容：在由WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷或cBN基超高压烧结体中的任一种构成的基体表面，至少包含通过例如含有三甲基铝(Al(CH₃)₃)作为反应气体成分的热CVD等化学蒸镀法成膜的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层，当以组成式：(Ti_1- _XAl_X)(C_YN_1-Y)表示时，Al在Ti及Al的总量中所占的平均含有比例X_avg及C在C与N的总量中所占的平均含有比例Y_avg(其中，X_avg、Y_avg均为原子比)分别满足0.60≤X_avg≤0.95、0≤Y_avg≤0.005，构成复合氮化物或复合碳氮化物的层的晶粒中存在具有NaCl型面心立方结构的晶粒，通过调整蒸镀时的成膜条件，硬质包覆层在使用电子背散射衍射装置从上述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的纵截面方向分析各个晶粒的结晶方位时，存在可观测到立方晶晶格的电子背散射衍射图像的NaCl型面心立方晶相，测定所述晶粒的晶面即{111}面的法线相对于工具基体表面的法线方向所呈的倾斜角，并按0.25度的间距对该倾斜角中相对于法线方向在0～45度的范围内的倾斜角进行分区，并总计存在于各分区内的度数来求出倾斜角度数分布时，在0～12度的范围内的倾斜角分区中存在最高峰值，并且存在于所述0～12度的范围内的度数的总计示出所述倾斜角度数分布中的所有度数的45％以上的比例，且从所述复合氮化物或复合碳氮化物的层的表面侧使用扫描电子显微镜观察该层的组织时，所述复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有立方晶结构的各个晶粒在与层厚方向垂直的面内具有三角形状，且该晶粒的三角形状的刻面形成于以晶粒的晶面即{111}表示的等价晶面中的一个面，该刻面在所述晶粒与层厚方向垂直的面内占整体的35％以上的面积比例，具有这种新型结构时，硬质包覆层与基体之间的粘附性得到提高，并且示出优异的耐崩刀性。

因此，具备如上述的硬质包覆层的包覆工具例如在用于合金钢的高速断续切削等时，能够抑制崩刀、缺损、剥离等的发生，并且在长期使用中发挥优异的耐磨性。

本发明是基于如上述的研究结果而完成的，其具有以下特征。

(1)一种表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一种构成的工具基体的表面设置有硬质包覆层，其中，

(a)所述硬质包覆层至少包含通过化学蒸镀法成膜的平均层厚为1～20μm的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层，当以组成式：(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)表示时，Al在Ti及Al的总量中所占的平均含有比例X_avg及C在C与N的总量中所占的平均含有比例Y_avg(其中，X_avg、Y_avg均为原子比)分别满足0.60≤X_avg≤0.95、0≤Y_avg≤0.005，

(b)所述复合氮化物或复合碳氮化物的层至少包含具有NaCl型面心立方结构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的相，

(c)对于所述复合氮化物或复合碳氮化物的层，使用电子背散射衍射装置，从上述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的纵截面方向分析复合氮化物或复合碳氮化层内的具有NaCl型面心立方结构的各个晶粒的结晶方位时，存在可观测到立方晶晶格的电子背散射衍射图像的具有NaCl型面心立方结构的晶相，测定所述晶粒的晶面即{111}面的法线相对于工具基体表面的法线方向所呈的倾斜角，并按0.25度的间距对该倾斜角中相对于工具基体表面的法线方向在0～45度的范围内的倾斜角进行分区，并总计存在于各分区内的度数来求出倾斜角度数分布时，在0～12度的范围内的倾斜角分区中存在最高峰值，并且存在于所述0～12度的范围内的度数的总计示出所述倾斜角度数分布中的所有度数的45％以上的比例，

(d)并且，从所述复合氮化物或复合碳氮化物的层的表面侧使用扫描电子显微镜观察该层的组织时，所述复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有NaCl型面心立方结构的各个晶粒在与层厚方向垂直的面内具有三角形状，且由该晶粒的以{111}表示的等价晶面形成的刻面在与所述层厚方向垂直的面内占整体的35％以上的面积比例。

(2)根据(1)所述的表面包覆切削工具，其中，所述复合氮化物或复合碳氮化物的层由具有NaCl型面心立方结构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的单相构成。

(3)根据(1)所述的表面包覆切削工具，其中，所述复合氮化物或复合碳氮化物的层由共存有两种以上的多个相的混合相构成，该混合相至少包含具有NaCl型面心立方结构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的相，共存于混合相的其他各相为由选自Ti及Al的至少一种元素及选自C、N的至少一种构成的化合物。

(4)根据(1)或(3)所述的表面包覆切削工具，其中，对于所述复合氮化物或复合碳氮化物的层，从该层的纵截面方向观察时，具有如下柱状组织，即复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有NaCl型面心立方结构的各个晶粒的平均粒子宽度W为0.1～2μm，平均纵横尺寸比A为2～10。

(5)根据(1)或(3)、(4)中任一项所述的表面包覆切削工具，其中，对于所述复合氮化物或复合碳氮化物的层，从该层的纵截面方向观察时，复合氮化物或复合碳氮化物的层内的由具有NaCl型面心立方结构的各个晶粒构成的柱状组织的晶界部中存在具有六方晶结构的微粒晶粒，并且该微粒晶粒的平均粒径R为0.01～0.3μm。

(6)根据(1)～(5)中任一项所述的表面包覆切削工具，其中，在由所述碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一种构成的工具基体与所述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层之间，存在下部层，所述下部层包含由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0.1～20μm的总计平均层厚的Ti化合物层。

(7)根据(1)～(6)中任一项所述的表面包覆切削工具，其中，在所述复合氮化物或复合碳氮化物的层的上部存在上部层，所述上部层至少包含具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层。

(8)根据(1)～(7)中任一项所述的表面包覆切削工具，其中，所述复合氮化物或复合碳氮化物的层为通过至少含有三甲基铝作为反应气体成分的化学蒸镀法成膜的层。

接着，对本发明的包覆工具的硬质包覆层进行更详细的说明。

Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的平均层厚：

本发明的硬质包覆层中的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层，若其平均层厚小于1μm，则无法在长期使用中充分确保耐磨性，另一方面，若其平均层厚超过20μm，则在伴有高热产生的高速断续切削中易产生热塑性变形，这成为偏磨的原因。因此，优选将其平均层厚设为1～20μm，更优选设为1～10μm。

并且，通过在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一种构成的工具基体与Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层之间设置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的至少一层以上，由此具有提高后刀面的耐磨性，并提高切削寿命的效果。关于这些层的平均总计层厚，若小于0.1μm则层厚较薄，无法在长期使用中确保耐磨性，另一方面，若平均层厚大于20μm，则工具基体与Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的粘附强度降低，并且耐剥离性降低，因此优选将其平均层厚设为0.1～20μm。

在Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的上部包含作为上部层的氧化铝层时，若氧化铝层的总计平均层厚小于1μm时，由于层厚较薄，因此无法在长期使用中确保耐磨性，若超过25μm，则晶粒易粗大化，并且易产生崩刀，因此优选将氧化铝层的平均层厚设为1～25μm。

Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层)的组成：

构成本发明的硬质包覆层的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层中，若Al的平均含有比例X_avg(原子比)的值小于0.60，则高温硬度不足而耐磨性下降，另一方面，若X_avg(原子比)的值超过0.95，则相对的Ti含有比例减少，由此(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层本身的高温强度降低，变得易产生崩刀、缺损。因此，需将Al的平均含有比例X_avg(原子比)的值设为0.60以上0.95以下。

并且在所述(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层中，C成分具有提高硬度的作用，而N成分具有提高高温强度的作用，但是若C成分的平均含有比例Y_avg(原子比)超过0.005，则高温强度降低。因此，将C成分的平均含有比例Y_avg(原子比)定为0≤Y_avg≤0.005。

Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层)的晶体结构：

构成本发明的硬质包覆层的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层通过采取NaCl型面心立方结构(以下，有时简称为“立方晶结构”)，能够提高硬度，进一步优选立方晶结构单相。另外，通常通过物理蒸镀法成膜上述组成、即Al的平均含有比例X_avg(原子比)为0.60以上0.95以下的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层时，晶体结构成为六方晶结构，但是本发明中，通过后述的化学蒸镀法成膜，因此能够在维持NaCl型面心立方结构的状态下获得如上述的组成的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层。由此避免硬质包覆层的硬度的降低。

对于Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层)内的具有立方晶结构的各个晶粒晶面即{111}面的倾斜角度数分布：

对于本发明的所述(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，使用电子背散射衍射装置从其纵截面方向分析各个晶粒的结晶方位时，测定所述晶粒的晶面即{111}面的法线相对于基体表面的法线(截面研磨面中的与基体表面垂直的方向)所呈的倾斜角(参考图1的(a)、(b))，并且按0.25度的间距分区该倾斜角中相对于法线方向在0～45度的范围内的倾斜角，并总计存在于各分区内的度数时，在0～12度的范围内的倾斜角分区中存在最高峰值，并且存在于所述0～12度的范围内的度数总计为倾斜角度数分布中的所有度数的45％以上的比例，当显示这种倾斜角度数分布形态时，所述由Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层构成的硬质包覆层在维持立方晶结构的状态下具有高硬度，而且通过如上述的倾斜角度数分布形态，硬质包覆层与基体的粘附性得到飞跃性提高。

因此，这种包覆工具例如在用于不锈钢的高速断续切削等时，崩刀、缺损、剥离等的发生也得到抑制，而且发挥优异的耐磨性。

使用电子背散射衍射装置分析各个晶粒的结晶方位时，相对于基体表面的法线的倾斜角大于12度的晶面不能视为{111}取向，且硬度会降低，而{111}取向较强且硬度不会降低的范围为0～12度，因此将通过测定求出度数的倾斜角分区的范围定为0～12度。

可在Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层)内的具有立方晶结构的各个晶粒与层厚方向垂直的面内观察到的三角形状且由晶粒的以{111}表示的等价晶面构成的刻面相对于整个所述面的面积比例：

关于这一点，得到如下见解，即从复合氮化物或复合碳氮化物的层的表面侧使用扫描电子显微镜观察该层的组织时，所述复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有立方晶结构的各个晶粒在与层厚方向垂直的面内具有三角形状，且该晶粒的三角形状的刻面形成于以晶粒的晶面即{111}表示的等价晶面中的一个面时，硬质包覆层表面与工件的磨损阻力减轻，切削中的初始磨合性提高，耐崩刀性得到提高。

然而，若在与层厚方向垂直的面内，将整个该面设为100％时的所述刻面的面积比例小于35％，则无法充分发挥上述的本发明所特有的效果，因此不优选。因此，将所述刻面在与层厚方向垂直的面内的面积比例设为35％以上。

Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层)内的具有立方晶结构的各个晶粒的平均粒子宽度、平均纵横尺寸比：

本发明的硬质包覆层通过具有如上述的结构来发挥本发明特有的优异的切削性能，通过进一步构成为如下柱状组织，即Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((Ti_1- _XAl_X)(C_YN_1-Y)层)内的具有立方晶结构的各个晶粒的平均粒子宽度为0.1～2μm、平均纵横尺寸比为2～10，由此能够进一步发挥其效果。

即，将平均粒子宽度设为0.1～2μm是因为，若小于0.1μm，整个包覆层中的TiAlCN晶粒所占的比例相对变大，由此与工件的反应性增加，其结果无法充分发挥耐磨性，并且若超过2μm，则TiAlCN晶粒所占的比例相对变小，由此粒子间强度降低，无法充分发挥耐崩刀性。因此优选将平均粒子宽度设为0.1～2μm。

另外，本发明中所说的平均粒子宽度定义为，使用扫描电子显微镜观察包覆层的纵截面时，在硬质包覆层的一半层厚的部位中，至少描绘100μm的与基体表面平行的线，将该平行线的线段除以与该平行线交叉的晶界的数的数作为平均粒子宽度。

并且，平均纵横尺寸比小于2时，则未成为充分的柱状组织，因此会导致纵横尺寸比较小的等轴晶体的脱落，其结果，无法发挥充分的耐磨性。另一方面，若平均纵横尺寸比超过10，则过于粗大化，因此反而会导致耐崩刀性下降，因此不优选。因此，优选将平均纵横尺寸比设为2～10。

另外，本发明中所说的平均纵横尺寸比定义为，使用扫描电子显微镜，在宽度100μm、高度包含整个硬质包覆层的范围进行包覆层的纵截面观察时，对于各晶粒，将粒径的最长长度作为长轴，并求出该长轴的长度及与所述长轴正交的方向的最大长度，通过将长轴的长度除以与长轴正交的方向的最大长度，计算各晶粒的纵横尺寸比，进一步将各晶粒的面积作为加权来作为纵横尺寸比的权重平均而计算出的值。

Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层((Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层)内的存在于立方晶晶界的微粒六方晶的平均粒径R：

本发明的硬质包覆层(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层中，能够在柱状立方晶的晶界中形成微粒六方晶，但是通过在柱状立方晶晶界存在韧性优异的微粒六方晶，晶界中的摩擦降低，韧性得到提高。若此时的六方晶的平均粒径小于0.01μm，则看不到韧性提高的效果，若超过0.3μm，则硬度降低，耐磨性受损，因此优选将平均粒径R设为0.01～0.3μm。

另外，本发明中所说的存在于晶界中的微粒六方晶的确认，通过使用透射型电子显微镜分析电子射线衍射图形来确认。微粒六方晶的平均粒径通过如下得出，即对于存在于包含晶界在内的1μm×1μm的测定范围内的粒子，测定粒径并计算它们的平均值。

本发明的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层的成膜例如能够通过如下述所示的两阶段的蒸镀法进行，即在工具基体或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的至少一层以上之上，例如作为“第1阶段”，成膜在柱状立方晶TiAlCN或立方晶晶界部存在微粒六方晶的柱状立方晶的TiAlCN之后，作为“第2阶段”，仅改变表面部的气体组成。

本发明的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层的成膜使用通常的化学蒸镀装置，例如在以下条件下进行成膜。

“第1阶段”

能够在如下条件下蒸镀形成柱状六方晶的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，即，

反应气体组成(体积％)：

NH₃6～10％、TiCl₄0.5～1.5％、AlCl₃3～5％、N₂6～11％、Al(CH₃)₃0～0.5％、剩余部分为H₂，

反应气氛温度：700～900℃，

反应气氛压力：2～5kPa。

另外，能够在如下条件下进行具有所述规定的平均粒子宽度及平均纵横尺寸比的立方晶柱状组织的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层的成膜，即，

反应气体组成(体积％)：

NH₃6～8％、TiCl₄0.5～1.5％、AlCl₃3～5％、N₂8～11％、Al(CH₃)₃0～0.5％、剩余部分为H₂，

反应气氛温度：700～900℃，

反应气氛压力：2～5kPa。

并且，能够在如下条件下进行具有在所述立方晶粒的晶界存在规定的平均粒径的六方晶微粒晶体的组织的立方晶柱状组织的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层的成膜，即，

反应气体组成(体积％)：

NH₃6～8％、TiCl₄0.5～1.0％、AlCl₃4～5％、N₂8～11％、Al(CH₃)₃0～0.5％、剩余部分为H₂，

反应气氛温度：750～900℃，

反应气氛压力：2～5kPa。

“第2阶段”

在如下条件下改变气体组成及反应气氛温度来进行具有表面形状为三角形的刻面的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层的蒸镀形成。

反应气体组成(体积％)：

NH₃3～6％、TiCl₄0.1～0.5％、AlCl₃1～2.5％、N₂8～14％、剩余部分为H₂，

反应气氛温度：650～750℃，

反应气氛压力：2～5kPa。

本发明的包覆工具中，通过热CVD法等化学蒸镀法成膜有如下硬质包覆层，即当以组成式：(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)表示时，Al在Ti及Al的总量中所占的平均X_avg及C在C与N的总量中所占的平均含有比例Y_avg(其中，X_avg、Y_avg均为原子比)分别满足0.60≤X_avg≤0.95、0≤Y_avg≤0.005，且至少包含立方晶结构的复合氮化物或复合碳氮化物的层，该硬质包覆层中，使用电子背散射衍射装置，从所述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的纵截面方向分析复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有立方晶结构的各个晶粒的结晶方位时，测定所述晶粒的晶面即{111}面的法线相对于工具基体表面的法线方向所呈的倾斜角，并按0.25度的间距对该倾斜角中相对于法线方向在0～45度的范围内的倾斜角进行分区，并总计存在于各分区内的度数来求出倾斜角度数分布时，在0～12度的范围内的倾斜角分区中存在最高峰值，并且存在于该0～12度的范围内的度数的总计示出所述倾斜角度数分布中的所有度数的45％以上的比例，并且，从所述复合氮化物或复合碳氮化物的层的表面侧使用扫描电子显微镜观察该层的组织时，所述复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有立方晶结构的各个晶粒在与层厚方向垂直的面内具有三角形状，且由该晶粒的以{111}表示的等价晶面形成的刻面在与所述层厚方向垂直的面内占整体的35％以上的面积比例，通过这种本发明特有的结构，在用于伴有高热产生并且断续性、冲击性负荷作用于切削刃的不锈钢等的高速断续切削中时，也不会产生崩刀、缺损、剥离等异常损伤，在长期使用中发挥优异的耐磨性。

附图说明

图1的(a)、(b)是表示构成硬质包覆层的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层中的晶粒的晶面即{111}面的法线相对于基体表面的法线所呈的倾斜角的测定范围的概要说明图。

图2是对本发明包覆工具的Ti及Al的复合碳氮化物作成的{111}面的倾斜角度数分布曲线图的一例。

图3是示意地表示构成本发明包覆工具的硬质包覆层的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层在与层厚方向垂直的面内的表面的表面组织示意图。

具体实施方式

本发明是一种表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体等硬质工具材料构成的工具基体的表面设置有硬质包覆层，其中，硬质包覆层至少包含通过化学蒸镀法成膜的平均层厚为1～20μm的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层，当以组成式：(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)表示时，Al在Ti及Al的总量中所占的平均含有比例X_avg及C在C与N的总量中所占的平均含有比例Y_avg(其中，X_avg、Y_avg均为原子比)分别满足0.60≤X_avg≤0.95、0≤Y_avg≤0.005，构成复合氮化物或复合碳氮化物的层的晶粒中存在具有立方晶结构的晶粒，对于所述复合氮化物或复合碳氮化物的层，使用电子背散射衍射装置，从所述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的纵截面方向分析复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有立方晶结构的各个晶粒的结晶方位时，测定所述晶粒的晶面即{111}面的法线相对于工具基体表面的法线方向所呈的倾斜角，并按0.25度的间距对该倾斜角中相对于法线方向在0～45度的范围内的倾斜角进行分区，并总计存在于各分区内的度数来求出倾斜角度数分布时，在0～12度的范围内的倾斜角分区中存在最高峰值，并且存在于所述0～12度的范围内的度数的总计示出所述倾斜角度数分布中的所有度数的45％以上的比例，并且，从所述复合氮化物或复合碳氮化物的层的表面侧使用扫描电子显微镜观察该层的组织时，所述复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有立方晶结构的各个晶粒在与层厚方向垂直的面内具有三角形状，且由该晶粒的以{111}表示的等价晶面形成的刻面在与所述层厚方向垂直的面内占整体的35％以上的面积比例，通过这种本发明特有的结构，用于伴有高热产生，并且断续性、冲击性负荷作用于切削刃的不锈钢的高速断续切削时，也不会产生崩刀、缺损、剥离等的异常损伤，在长期使用中发挥优异的耐磨性，只要能够发挥这种效果，则其具体实施方式可以是任意方式。

接着，根据实施例对本发明的包覆工具进行具体说明。

[实施例1]

作为原料粉末，准备均具有1～3μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr₃C₂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，进一步添加石蜡，在丙酮中球磨混合24小时，进行减压干燥之后，以98MPa的压力冲压成型为规定形状的压坯，在5Pa的真空中，以在1370～1470℃的范围内的规定温度保持1小时的条件对该压坯进行真空烧结，烧结之后，分别制造出具有ISO标准SEEN1203AFSN的刀片形状的WC基硬质合金制工具基体A～C。

并且，作为原料粉末，准备均具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(以质量比计为TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo₂C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末，将这些原料粉末配合成表2所示的配合组成，以球磨湿式混合24小时，干燥之后，以98MPa的压力冲压成型为压坯，在1.3kPa的氮气氛中，以在1500℃的温度下保持1小时的条件对该压坯进行烧结，烧结之后，制造出具有ISO标准SEEN1203AFSN的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制工具基体D。

[表1]

[表2]

接着，在这些工具基体A～D的表面，使用通常的化学蒸镀装置，首先在表4所示的条件下蒸镀形成具有规定组成的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，直至成为目标层厚，之后同样在表4所示的条件下形成表面部的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造出表7所示的本发明包覆工具1～15。

另外，对于本发明包覆工具6～13，在表3所示的形成条件下形成表6所示的下部层和/或上部层。

并且，以比较为目的，同样在工具基体A～D的表面，使用通常的化学蒸镀装置，在表5所示的条件下以目标层厚蒸镀形成比较例的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造表8所示的比较例包覆工具1～13。

为了参考，在工具基体B及工具基体C的表面，使用以往的物理蒸镀装置，通过电弧离子镀以目标层厚蒸镀形成参考例的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造表8所示的参考例包覆工具14、15。

另外，参考例的蒸镀中使用的电弧离子镀的条件如下。

(a)在丙酮中超声波清洗所述工具基体B及C，在已干燥的状态下，在从电弧离子镀装置内的旋转台上的中心轴向沿半径方向相隔规定距离的位置沿着外周部安装，并且作为阴极电极(蒸发源)，配置规定组成的Al-Ti合金，

(b)首先，对装置内进行排气来保持为10^-2Pa以下的真空，并且以加热器将装置内加热至500℃之后，对在所述旋转台上进行自传的同时旋转的工具基体施加-1000V的直流偏置电压，且使200A的电流流过由Al-Ti合金构成的阴极电极与阳极电极之间来产生电弧放电，在装置内产生Al及Ti离子，从而轰击清洗工具基体表面，

(c)接着，作为反应气体向装置内导入氮气来设为4Pa的反应气氛，并且对在所述旋转台上进行自传的同时旋转的工具基体施加-50V的直流偏置电压，且使120A的电流流过由所述Al-Ti合金构成的阴极电极(蒸发源)与阳极电极之间来产生电弧放电，从而在所述工具基体表面蒸镀形成表8所示的目标组成、目标层厚的(Ti、Al)N层，从而制造出参考例包覆工具14、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1～13及参考例包覆工具14、15的各结构层的纵截面，测定观察视场内的5个点的层厚并进行平均来求出平均层厚，其结果均示出与表7及表8所示的目标平均层厚基本相同的平均层厚。

接着，对于上述的本发明包覆工具1～15的硬质包覆层，测定硬质包覆层的平均Al含有比例X_avg、平均C含有比例Y_avg、及关于{111}面的法线相对于基体表面的法线方向所呈的倾斜角的倾斜角度数分布中存在于0～12度的范围内的度数的比例(α)。

并且，使用扫描电子显微镜观察硬质包覆层表面，并对其观察图像进行图像分析，由此测定由{111}面取向的晶粒的以{111}表示的等价晶面形成的具有三角形状的刻面在将整个所述观察图像设为100％时的面积比例(β)。

另外，图2示出对本发明包覆工具测定的{111}面的倾斜角度数分布曲线图的一例。

并且，图3示意地表示构成本发明包覆工具的硬质包覆层的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的表面的膜组织示意图。

另外，所述各个具体测定方法如下。

对于硬质包覆层的平均Al含有比例X_avg、平均C含有比例Y_avg，通过二次离子质量分析(Secondary Ion Mass Spectroscopy:SIMS)求出。对从试料表面侧向70μm×70μm的范围照射离子束，对于通过溅射作用释放出的成分进行深度方向的浓度测定。平均Al含有比例X_avg、平均C含有比例Y_avg表示深度方向的平均值。

并且，对于硬质包覆层的倾斜角度数分布，在将由立方晶结构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层构成的硬质包覆层的截面设为研磨面的状态下，配置于场发射式扫描电子显微镜的镜筒内，对所述研磨面，以70度的入射角度并以1nA的照射电流对存在于所述截面研磨面的测定范围内的具有立方晶晶格的各个晶粒照射15kV的加速电压的电子射线，使用电子背散射衍射装置，沿与工具基体水平的方向在长度100μm上，对硬质包覆层以0.1μm/step的间隔测定所述晶粒的晶面即{111}面的法线相对于基体表面的法线(截面研磨面中的与基体表面垂直的方向)所呈的倾斜角，根据该测定结果，按0.25度的间距对所述测定倾斜角中在0～45度的范围内的测定倾斜角进行分区，并总计存在于各分区内的度数，由此求出存在于0～12度的范围内的度数的总计(α)。

并且，使用扫描电子显微镜及附带于扫描电子显微镜的图像分析软件进行硬质包覆层的表面中由{111}面取向的晶粒的以{111}表示的等价晶面形成的具有三角形状的刻面的面积比例。具体而言，如下测定。首先，以扫描电子显微镜在纵50μm×横50μm的范围内观察硬质包覆层的表面。并且，以监视器对观察图像进行观察的同时对具有三角形状的刻面即可在图像面内观察到的晶面进行标记，在结束对所有具有三角形状的刻面的标记的时点，求出所标记的刻面的所有面积相对于整个观察图像面的面积比例(β)。

另外，对硬质包覆层的晶体结构，使用X射线衍射装置并以Cu-Kα射线作为射线源进行X射线衍射时，对分别显示于JCPDS00-038-1420立方晶TiN与JCPDS00-046-1200立方晶AlN的同一晶面内的衍射角度之间(例如，36.66～38.53°、43.59～44.77°、61.81～65.18°)出现衍射峰值的情况进行确认，由此进行调查。

接着，对比较例包覆工具1～13及参考例包覆工具14、15的每一个，也与本发明包覆工具1～15同样地，求出硬质包覆层的平均Al含有比例X_avg、平均C含有比例Y_avg、关于{111}面的法线相对于基体表面的法线方向所呈的倾斜角的倾斜角度数分布中存在于0～12度的范围内的度数的比例(α)及所标记的刻面的所有面积相对于整个观察图像面的面积比例(β)。

表8中示出其结果。

并且，对硬质包覆层的晶体结构，也与本发明包覆工具1～15同样地进行了调查。

[表3]

[表4]

(注)分为两阶段进行蒸镀。(以“第1阶段”的形成条件蒸镀形成之后，以“第2阶段”的形成条件蒸镀形成表面部。)

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

(注1)“AIP”表示基于电弧离子镀的成膜。

(注2)栏中的*表示为本发明范围外。

(注3)具有六方晶结构的比较例包覆工具2、7、10以及参考例包覆工具14、15无法得到立方晶结构的电子背散射衍射图像。

接着，将所述的各种包覆工具均用固定夹具紧固于刀具直径为125mm的工具钢制刀具前端部的状态下，对本发明包覆工具1～15、比较例包覆工具1～13及参考例包覆工具14、15，实施以下所示的作为合金钢的高速断续切削的一种的干式高速正面铣削、中心刀具切削加工试验，并测定切削刃的后刀面磨损宽度。

工件：JIS·SCM440的宽度为100mm、长度为400mm的块体材料、

转速：943min^-1、

切削速度：370m/min、

切深量：1.2mm、

单刀进给量：0.15mm/刃、

切削时间：8分钟，

表9中示出所述切削试验的结果。

[表9]

比较例包覆工具、参考例包覆工具的栏的*符号表示由于发生崩刀而到达寿命为止的切削时间(分钟)。

[实施例2]

作为原料粉末，准备均具有1～3μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、ZrC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10所示的配合组成，进一步添加石蜡，在丙酮中球磨混合24小时，进行减压干燥之后，以98MPa的压力冲压成型为规定形状的压坯，在5Pa的真空中，以在1370～1470℃的范围内的规定温度保持1小时的条件对该压坯进行真空烧结，烧结之后，对切削刃部实施R：0.07mm的刃口修磨加工，由此分别制造出具有ISO标准CNMG120412的刀片形状的WC基硬质合金制工具基体α～γ。

并且，作为原料粉末，准备均具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(以质量比计为TiC/TiN＝50/50)粉末、NbC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末，将这些原料粉末配置成表11所示的配合组成，并以球磨湿式混合24小时，干燥之后，以98MPa的压力冲压成型为压坯，在1.3kPa的氮气氛中，以在1500℃的温度下保持1小时的条件对该压坯进行烧结，烧结之后，对切削刃部分实施R：0.09mm的刃口修磨加工，由此形成具有ISO标准·CNMG120412的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制工具基体δ。

接着，在这些工具基体α～γ及工具基体δ的表面，使用通常的化学蒸镀装置，首先在表4所示的条件下蒸镀形成具有规定组成的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，直至成为目标层厚，之后同样在表4所示的条件下形成表面部的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造出表13所示的本发明包覆工具16～30。

另外，对于本发明包覆工具19～28，在表3所示的形成条件下形成表12所示的下部层和/或上部层。

并且，以比较为目的，同样在工具基体α～γ及工具基体δ的表面，使用通常的化学蒸镀装置，在表5所示的条件下以目标层厚蒸镀形成比较例的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造出表14所示的比较例包覆工具16～28。

另外，与本发明包覆工具19～28同样地，对于比较例包覆工具19～28，以表3所示的形成条件，形成表12所示的下部层和/或上部层。

为了参考，在工具基体β及工具基体γ的表面，使用以往的物理蒸镀装置，通过电弧离子镀以目标层厚蒸镀形成参考例的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造出表14所示的参考例包覆工具29、30。

另外，电弧离子镀的条件使用与实施例1所示的条件相同的条件。

并且，使用扫描电子显微镜测定本发明包覆工具16～30、比较例包覆工具16～28及参考例包覆工具29、30的各结构层的截面，测量观察视场内的5个点的层厚并进行平均化来求出平均层厚，其结果均示出与表13及表14所示的目标平均层厚基本相同的平均层厚。

接着，对于上述的本发明包覆工具16～30的硬质包覆层，测定硬质包覆层的平均Al含有比例X_avg、平均C含有比例Y_avg、及存在于{111}面的法线相对于基体表面的法线方向所呈的倾斜角0～12度的范围内的度数的比例(α)及所标记的刻面的所有面积相对于整个观察图像面的面积比例(β)。而且，对硬质包覆层的晶体结构，使用与实施例1所示的方法相同的方法进行测定。

表13中示出其结果。

接着，对比较例包覆工具16～28及参考例包覆工具29、30的每一个，也与本发明包覆工具16～30同样地，求出硬质包覆层的平均Al含有比例X_avg、平均C含有比例Y_avg、存在于{111}面的法线相对于基体表面的法线方向所呈的倾斜角0～12度的范围内的度数的比例(α)及所标记的刻面的所有面积相对于整个观察图像面的面积比例(β)。而且，对硬质包覆层的晶体结构，使用与实施例1所示的方法相同的方法进行测定。

表14中示出其结果。

[表10]

[表11]

[表12]

[表13]

[表14]

(注1)“AIP”表示基于电弧离子镀的成膜。

(注2)栏中的*表示为本发明范围外。

(注3)具有六方晶结构的比较例包覆工具17、22、25以及参考例包覆工具29、30无法得到立方晶结构的电子背散射衍射图像。

接着，将所述的各种包覆工具均用固定夹具紧固于工具钢制车刀前端部的状态下，对本发明包覆工具16～30、比较例包覆工具16～28及参考例包覆工具29、30，实施以下所示的碳钢的干式高速断续切削试验、铸铁的湿式高速断续切削试验，均测定切削刃的后刀面磨损宽度。

切削条件1：

工件：JIS·SCM435的长度方向上等间隔形成有4条纵槽的圆棒、

切削速度：380m/min、

切深量：1.0mm、

进给速度：0.1mm/rev、

切削时间：5分钟，

(通常的切削速度为220m/min)，

切削条件2：

工件：JIS·FCD700的长度方向上等间隔形成有4条纵槽的圆棒、

切削速度：310m/min、

切深量：1.0mm、

进给速度：0.1mm/rev、

切削时间：5分钟，

(通常的切削速度为180m/min)，

表15中示出所述切削试验的结果。

[表15]

[实施例3]

作为原料粉末，准备均具有0.5～4μm的范围内的平均粒径的cBN粉末、TiN粉末、TiCN粉末、TiC粉末、Al粉末、Al₂O₃粉末，将这些原料粉末配合成表16所示的配合组成，以球磨湿式混合80小时，进行干燥之后，以120MPa的压力冲压成型为具有直径：50mm×厚度：1.5mm的尺寸的压坯，接着以压力：1Pa的真空气氛中在900～1300℃的范围内的规定温度下保持60分钟的条件对该压坯进行烧结来作为切削刃片用预烧结体，在将该预烧结体与另外准备的具有Co：8质量％、WC：剩余部分的组成并且直径：50mm×厚度：2mm的尺寸的WC基硬质合金支承片重合的状态下，装入通常的超高压烧结装置，以通常的条件，即压力：4GPa、在1200～1400℃的范围内的规定温度下保持0.8小时的条件进行超高压烧结，烧结之后用金刚石砂轮研磨上下表面，通过电线放电加工装置分割成规定尺寸，进一步在具有Co：5质量％、TaC：5质量％、WC：剩余部分的组成及JIS标准CNGA120412的形状(厚度：4.76mm×内切圆直径：12.7mm的80°菱形)的WC基硬质合金制刀片主体的钎焊部(刀尖部)，使用以质量％计具有由Zr：37.5％、Cu：25％、Ti：剩余部分构成的组成的Ti-Zr-Cu合金的钎料进行钎焊，外周加工成规定尺寸之后，对切削刃部实施宽度：0.13mm、角度：25°的刃口修磨加工，并进一步实施精加工研磨，由此分别制造出具有ISO标准CNGA120412的刀片形状的工具基体甲、乙。

[表16]

接着，在这些工具基体甲、乙的表面，使用通常的化学蒸镀装置，在表4所示的条件下以目标层厚蒸镀形成本发明的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造出表18所示的本发明包覆工具31～40。

另外，对于本发明包覆工具34～38，在表3所示的形成条件下形成表17所示的下部层和/或上部层。

并且，以比较为目的，同样在工具基体甲、乙的表面，使用通常的化学蒸镀装置，在表5所示的条件下以目标层厚蒸镀形成比较例的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造出表19所示的比较例包覆工具31～39。

为了参考，在工具基体甲、乙的表面，使用以往的物理蒸镀装置，通过使用与实施例1所示的条件相同的条件的电弧离子镀以目标层厚蒸镀形成参考例的(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)层，由此制造出表19所示的参考例包覆工具40。

并且，使用扫描电子显微镜测定本发明包覆工具31～40、比较例包覆工具31～39及参考例包覆工具40的各结构层的截面，测量观察视场内的5个点的层厚并进行平均化来求出平均层厚，其结果均示出与表18及表19所示的目标平均层厚基本相同的平均层厚。

接着，对所述本发明包覆工具31～40的硬质包覆层，求出硬质包覆层的平均Al含有比例X_avg、平均C含有比例Y_avg、存在于{111}面的法线相对于基体表面的法线方向所呈的倾斜角0～12度的范围内的度数的比例(α)及所标记的刻面的所有面积相对于整个观察图像面的面积比例(β)。而且，对于硬质包覆层的晶体结构，使用与实施例1所示的方法相同的方法进行测定。

表18中示出其结果。

接着，对比较例包覆工具31～39及参考例包覆工具40的每一个，也与本发明包覆工具31～40同样地，求出硬质包覆层的平均Al含有比例X_avg、平均C含有比例Y_avg、存在于{111}面的法线相对于基体表面的法线方向所呈的倾斜角0～12度的范围内的度数的比例(α)及所标记的刻面的所有面积相对于整个观察图像面的面积比例(β)。而且，对于硬质包覆层的晶体结构，使用与实施例1所示的方法相同的方法进行测定。

表19中示出其结果。

[表17]

[表18]

[表19]

(注1)“AIP”表示基于电弧离子镀的成膜。

(注2)栏中的*表示为本发明范围外。

(注3)具有六方晶结构的比较例包覆工具32、37以及参考例包覆工具40无法得到立方晶结构的电子背散射衍射图像。

接着，将所述各种包覆工具均用固定夹具紧固于工具钢制车刀前端部的状态下，对本发明包覆工具31～40、比较例包覆工具31～39及参考例包覆工具40，实施以下所示的碳钢的干式高速断续切削加工试验，并测定切削刃的后刀面磨损宽度。

工件：JIS·SCr420(硬度：HRC62)的长度方向上等间隔形成有4条纵槽的圆棒、

切削速度：235m/min、

切深量：1.1mm、

进给速度：0.1mm/rev、

切削时间：4分钟，

表20中示出所述切削试验的结果。

[表20]

从表9、11及20所示的结果，本发明包覆工具1～40中，成膜有立方晶结构的(Ti_1- _XAl_X)(C_YN_1-Y)层，α的值占整个倾斜角度数分布的45％以上，由{111}面取向的晶粒的以{111}表示的等价晶面形成的具有三角形状的刻面在将整个表面设为100％时的面积比例为35％以上，因此在不锈钢等的高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性、耐磨性。

与此相对，对于比较例包覆工具1～13、16～28、31～39、参考例包覆工具14、15、29、30、40，明确可知均在硬质包覆层中发生崩刀、缺损、剥离等异常损伤，而且在比较短时间内到达使用寿命。

产业上的可使用性

如前所述，本发明的包覆工具不仅能够用于不锈钢、碳钢、铸铁等的高速断续切削加工，还能够用作各种工件的包覆工具，而且在长期使用中发挥优异的耐崩刀性、耐磨性，因此能够充分满足地应对切削装置的高性能化及切削加工的省力化、节能化以及低成本化。

Claims

1.一种表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一种构成的工具基体的表面设置有硬质包覆层，其特征在于，

(a)所述硬质包覆层至少包含通过化学蒸镀法成膜的平均层厚为1～20μm的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层，当以组成式：(Ti_1-XAl_X)(C_YN_1-Y)表示时，复合氮化物或复合碳氮化物的层的Al在Ti及Al的总量中所占的平均含有比例X_avg及复合氮化物或复合碳氮化物的层的C在C与N的总量中所占的平均含有比例Y_avg分别满足0.60≤X_avg≤0.95、0≤Y_avg≤0.005，其中，X_avg、Y_avg均为原子比，

(b)所述复合氮化物或复合碳氮化物的层至少包含具有NaCl型面心立方结构的复合氮化物或复合碳氮化物的相，

(c)对于所述复合氮化物或复合碳氮化物的层，使用电子背散射衍射装置，从所述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层的纵截面方向分析复合氮化物或复合碳氮化物的层内的具有NaCl型面心立方结构的各个晶粒的结晶方位时，存在可观测到立方晶晶格的电子背散射衍射图像的具有NaCl型面心立方结构的晶相，测定所述晶粒的晶面即{111}面的法线相对于工具基体表面的法线方向所呈的倾斜角，并按0.25度的间距对该倾斜角中相对于法线方向在0～45度的范围内的倾斜角进行分区，并总计存在于各分区内的度数来求出倾斜角度数分布时，在0～12度的范围内的倾斜角分区中存在最高峰值，并且存在于所述0～12度的范围内的度数的总计示出所述倾斜角度数分布中的所有度数的45％以上的比例，

2.根据权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

所述复合氮化物或复合碳氮化物的层由具有NaCl型面心立方结构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的单相构成。

3.根据权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

所述复合氮化物或复合碳氮化物的层由共存有两种以上的多个相的混合相构成，该混合相至少包含具有NaCl型面心立方结构的Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的相，共存于混合相的其他的各相是由选自Ti及Al的至少一种元素及选自C、N的至少一种元素构成的化合物。

4.根据权利要求1或3所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

对于所述复合氮化物或复合碳氮化物的层，从与工具基体表面垂直的皮膜截面侧观察、测定时，具有如下柱状组织，即具有NaCl型面心立方结构的复合氮化物或复合碳氮化物的晶粒的平均粒子宽度W为0.1～2.0μm，平均纵横尺寸比A为2～10。

5.根据权利要求1或3所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

对于所述复合氮化物或复合碳氮化物的层，从该层的纵截面方向观察时，复合氮化物或复合碳氮化物的层内的由具有NaCl型面心立方结构的各个晶粒构成的柱状组织的晶界部中存在具有六方晶结构的微粒晶粒，并且该微粒晶粒的平均粒径R为0.01～0.30μm。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

在由所述碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一种构成的工具基体与所述Ti及Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层之间存在下部层，所述下部层包含由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0.1～20μm的总计平均层厚的Ti化合物层。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

在所述复合氮化物或复合碳氮化物的层的上部存在上部层，所述上部层至少包含具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

所述复合氮化物或复合碳氮化物的层通过至少含有三甲基铝作为反应气体成分的化学蒸镀法成膜。