CN107530786A

CN107530786A - 被覆切削工具

Info

Publication number: CN107530786A
Application number: CN201680021832.9A
Authority: CN
Inventors: 田中茂挥
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2036-04-25
Also published as: KR102072466B1; KR20170117131A; US10583493B2; WO2016175166A1; CN107530786B; US20180117680A1; EP3290137A4; EP3290137B1; JPWO2016175166A1; JP6004366B1; EP3290137A1

Abstract

一种被覆切削工具，其包含基材和形成于基材的表面的被覆层，被覆层具有将各为2层以上的组成不同的2种或3种以上的化合物层交替层压而成的交替层压结构，交替层压结构由包含具有由(Al_xM_1‑x)N[M表示选自由4～6族和Si组成的群组中的至少一种元素，x为原子比，并满足0.58～0.80]所表示的组成的化合物的化合物层、和包含具有由(Al_yM_1‑y)N[M表示选自由4～6族和Si组成的群组中的至少一种元素，y为原子比，并满足0.57～0.79]所表示的组成的化合物的化合物层构成，构成交替层压结构的2种化合物层所分别含有的相对金属元素的量的特定金属元素的量之差的绝对值超过0原子％且较大，并且不足5原子％，各化合物层的平均厚度为1nm～50nm，交替层压结构的平均厚度为1.5μm～15.0μm。

Description

被覆切削工具

技术领域

本发明涉及一种被覆切削工具。

背景技术

近年来，随着切削加工的高效率化，人们寻求一种工具寿命比以往更长的切削工具。因此，作为工具材料的要求性能，提高直接关系到工具寿命的耐磨性和耐缺损性变得更加重要。于是，为了提高这些特性而使用在基材的表面交替地层压2种涂层的被覆切削工具。

人们提出了各种各样的技术，用于改善这种2种涂层在切削工具表面交替地层压的涂层的特性。例如，在专利文献1中，提出了一种交替地反复层压Ti_xAl_1-xN和Ti_yAl_1-yN(0≦x＜0.5，0.5＜y≦1)这2种化合物，并且作为层压体整体富含铝的被覆切削工具。

专利文献

专利文献1：日本特开平7-97679号公报

发明内容

为了提高加工效率，切削条件有变得比以往更为严格的倾向，在该倾向中，人们寻求使工具寿命变得比以往更长。在镍系耐热合金或钴系耐热合金等热传导率较低的难加工材料的加工中，由于切削加工时的发热，切削刃的涂层容易分解和氧化。因此，涂层的硬度降低并且发生脆化，由此有容易发生工具缺损的倾向。

在专利文献1的发明中，具有Ti的比例相对Al的比例较高的层，因此存在无法充分确保切削工具的耐氧化性的问题。此外，由于使Ti的比例较高的层和Al的比例较高的层交替地反复层压，因此层压体的晶格应变增大。因此，层压体的硬度增大，同时残余压缩应力也增大，从而变得容易产生缺损。特别是，在难加工材料的加工中，残余应力会对耐缺损性产生较大影响。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种特别是在热传导率较低的难加工材料的加工中，耐缺损性优异，并且能够长期良好地进行加工的被覆切削工具。

本发明人对延长被覆切削工具的工具寿命反复进行了研究，结果发现，如果使被覆切削工具为以下结构，则能够提高其耐缺损性，因而能够延长被覆切削工具的工具寿命，从而完成了本发明。

即，本发明的主旨如下所述。

(1)一种被覆切削工具，其包含基材和形成于上述基材的表面的被覆层，上述被覆层具有将各为2层以上的组成不同的2种或3种以上的化合物层交替层压而成的交替层压结构，上述交替层压结构由包含具有由下述式(1)：

(Al_xM_1-x)N (1)

[式中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W以及Si组成的群组中的至少一种元素，x表示Al元素相对Al元素和M所表示的元素的总量的原子比，并满足0.58≦x≦0.80。]

所表示的组成的化合物的化合物层、和包含具有由下述式(2)：

(Al_yM_1-y)N (2)

[式中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W以及Si组成的群组中的至少一种元素，y表示Al元素相对Al元素和M所表示的元素的总量的原子比，并满足0.57≦y≦0.79。]

所表示的组成的化合物的化合物层构成，相对构成上述交替层压结构的化合物层所含有的全部金属元素的量的特定金属元素的量、和相对与该化合物层邻接的构成上述交替层压结构的其他化合物层所含有的全部金属元素的量的上述特定金属元素的量之差的绝对值超过0原子％且较大，并且不足5原子％，上述化合物层各自的平均厚度为1nm以上50nm以下，上述交替层压结构的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。

(2)如(1)所述的被覆切削工具，其中，上述绝对值为1原子％以上4原子％以下。

(3)如(1)或(2)所述的被覆切削工具，其中，上述交替层压结构的平均晶体粒径为100nm以上450nm以下。

(4)如(1)～(3)中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述基材和上述交替层压结构之间具有下部层，上述下部层为由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素组成的化合物的单层或层压体，上述下部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

(5)如(1)～(4)中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述交替层压结构的表面具有上部层，上述上部层为由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素组成的化合物的单层或层压体，上述上部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

(6)如(1)～(5)中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层整体的平均厚度为1.5μm以上15μm以下。

(7)如(1)～(6)中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体中的任意一种。

根据本发明，可提供一种特别是在热传导率较低的难加工材料的加工中，耐缺损性优异，并且可长期良好地进行加工的被覆切削工具。

附图说明

图1为表示本发明的被覆切削工具的一个例子的模式图。

具体实施方式

以下，根据需要参照附图，对用于实施本发明的方式(以下，简称为“本实施方式”)详细地进行说明，但本发明并不限定于下述本实施方式。本发明在不脱离其主旨的范围内可以进行各种各样的变形。

本实施方式的被覆切削工具包含基材和形成于该基材的表面的被覆层。本实施方式的基材如果用作被覆切削工具的基材，则没有特别的限定。作为基材的例子，可列举硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体以及高速钢。其中，如果基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷以及立方晶氮化硼烧结体中的任意一种，则其在耐磨性和耐缺损性上更加优异，因此进一步优选。

在本实施方式的被覆切削工具中，如果被覆层整体的平均厚度为1.5μm以上，则认为耐磨性有进一步提高的倾向。另一方面，如果被覆层整体的平均厚度为15.0μm以下，则认为耐缺损性有进一步提高的倾向。因此，被覆层整体的平均厚度优选为1.5μm以上15μm以下。其中，从与上述相同的观点来看，被覆层整体的平均厚度更优选为1.5μm以上6.5μm以下。

本实施方式的被覆层具有将各为2层以上的组成不同的2种或3种以上的化合物层交替层压而成的交替层压结构。如果具有这样的交替层压结构，则被覆层的硬度提高，因此耐磨性提高。本实施方式的交替层压结构可为将各为2层以上的组成不同的2种化合物层周期性地层压而成的结构，也可为将各为2层以上的3种以上的化合物层周期性地层压而成的结构。在本说明书中，“组成不同”是指在2个化合物层之间，相对化合物层所含有的全部金属元素的量的特定金属元素的量(单位：原子％)与相对另一化合物层所含有的全部金属元素的量的该特定金属元素的量(单位：原子％)之差超过0原子％并且较大。因此，例如，当金属元素的量之差为0.4原子％时，不符合“组成不同”，而当金属元素的量的差为0.5原子％时，符合“组成不同”。上述“特定元素”可为任意化合物层所含有的任意金属元素，Si元素也包含于金属元素。

构成本实施方式的交替层压结构的化合物层的其中一种为包含具有由下述式(1)表示的组成的化合物的层，并优选为由该化合物组成的层。

(Al_xM_1-x)N (1)

其中，在式(1)中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W以及Si组成的群组中的至少一种元素，x表示Al元素相对Al元素和M所表示的元素的总量的原子比，并满足0.58≦x≦0.80。在该化合物层中，如果Al元素的原子比(x)为0.58以上，则Al的含量增多，由此，结合基于具有由下述式(2)表示的组成的化合物层中的Al元素的原子比(y)的效果，可进一步抑制耐氧化性的降低。另一方面，如果Al元素的原子比(x)为0.80以下，则会将六方晶的存在比例(abundance ratio)抑制得更低，由此，结合基于具有由下述式(2)表示的组成的化合物层中的Al元素的原子比(y)的效果，可进一步抑制耐磨性的降低。从同样的观点来看，优选满足0.60≦x≦0.80，更优选满足0.65≦x≦0.75。

此外，构成本实施方式的交替层压结构的化合物层的另一种为包含具有由下述式(2)表示的组成的化合物的层，并优选为由该化合物组成的层。

(Al_yM_1-y)N (2)

其中，在式(2)中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W以及Si组成的群组中的至少一种元素，y表示Al元素相对Al元素和M所表示的元素的总量的原子比，并满足0.57≦y≦0.79。在该化合物层中，如果Al元素的原子比为0.57以上，则Al的含量增多，由此，可进一步抑制耐氧化性的降低。另一方面，如果Al元素的原子比为0.80以下，则会将六方晶的存在比例抑制得更低，由此，可进一步抑制耐磨性的降低。从同样的观点来看，优选满足0.58≦y≦0.77，更优选满足0.63≦y≦0.71。

此外，如果构成化合物层的M所表示的元素为选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W以及Si组成的群组中的至少一种，则耐磨性会进一步提高。从同样的观点来看，构成化合物层的M所表示的元素优选为选自由Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr以及Si组成的群组中的至少一种。

构成本实施方式的交替层压结构的化合物层所含有的金属元素的种类优选为，与构成该交替层压结构的其他化合物层所含有的金属元素的种类至少有一部分相同，更优选为全部相同。也就是说，更优选构成交替层压结构的多个化合物层以种类彼此相同的金属元素构成。进而，相对构成交替层压结构的化合物层所含有的全部金属元素的量的特定金属元素的量(单位：原子％)、与相对与该化合物层邻接的构成交替层压结构的其他化合物层所含有的全部金属元素的量的上述特定金属元素的量(单位：原子％)之差的绝对值(以下，也称为“组成差的绝对值”)大于0原子％且较大，并且不足5原子％。即，构成交替层压结构的化合物层所含有的特定金属元素的比例、和与该化合物层邻接的构成交替层压结构的其他化合物层所含有的上述特定金属元素的比例之差的绝对值大于0原子％且较大，并且不足5原子％。在此所述的“特定金属元素的比例”是指相对于化合物层所含有的金属元素整体的原子数，该化合物层所含有的特定金属元素的原子数的比例(单位：原子％)。此外，“特定金属元素”只要为化合物层所含有的金属元素中的至少一种即可，但对于化合物层所含有的各金属元素，优选上述绝对值存在上述关系。

如果交替层压结构为这样的结构，则构成交替层压结构的某种化合物层和与该化合物层邻接的其他化合物层的粘着性不会降低，且2种化合物层的界面中晶格的不匹配会变小。因此，可抑制交替层压结构的残余压缩应力升高，所以在难加工材料的加工中，耐缺损性得到提高。其中，构成交替层压结构的化合物层所含有的特定金属元素的比例、和与该化合物层邻接的构成交替层压结构的其他化合物层所含有的上述特定金属元素的比例之差的绝对值优选为1原子％以上4原子％以下。应予说明，构成交替层压结构的化合物层所含有的特定金属元素的比例、和与该化合物层邻接的构成交替层压结构的其他化合物层所含有的上述特定金属元素的比例之差的绝对值为0原子％的情况意味着其为单层。单层的硬度比交替层压结构的硬度更低，因此其耐磨性较差。

应予说明，在本实施方式中，将化合物层的组成表示为(Al_0.60Ti_0.40)N时，表示Al元素相对Al元素和Ti元素的总量的原子比为0.60，Ti元素相对Al元素和Ti元素的总量的原子比为0.40。即，指相对于全部金属元素即Al元素和Ti元素的量，作为特定金属元素的Al元素的量为60原子％，相对全部金属元素即Al元素和Ti元素的量，作为特定金属元素的Ti元素的量为40原子％。

对上述的“化合物层所含有的特定金属元素的比例、和与该化合物层邻接的其他化合物层所含有的上述特定金属元素的比例之差的绝对值大于0原子％且较大，并且不足5原子％”，进一步进行详细的说明。例如，在交替层压结构由(Al_0.67Ti_0.33)N层和(Al_0.70Ti_0.30)N层构成时，2种化合物层所含有的金属元素的种类全部相同。这是因为2种化合物层均含有Al元素和Ti元素作为金属元素。此时，(Al_0.67Ti_0.33)N层所含有的Al元素的原子数相对金属元素整体的原子数为67原子％。(Al_0.70Ti_0.30)N层所含有的Al元素的原子数相对金属元素整体的原子数为70原子％。这两种化合物层的Al元素的原子数的比例之差为3原子％。因此，此时满足“差的绝对值大于0原子％且较大，并且不足5原子％”的上述条件。

此外，例如，当交替层压结构由(Al_0.65Ti_0.30Cr_0.05)N层和(Al_0.68Ti_0.29Cr_0.03)N层构成时，2种化合物层所含有的金属元素的种类全部相同。这是因为2种化合物层均含有Al元素、Ti元素和Cr元素作为金属元素。此时，2种化合物层所含有的Ti元素的原子数的比例之差为1原子％。2种化合物层所含有的Cr元素的原子数的比例之差为2原子％。这些值分别不足5原子％。进而，2种化合物层所含有的Al的原子数的比例之差为3原子％，因此满足“差的绝对值大于0原子％且较大，并且不足5原子％”的上述条件。

在本实施方式中，当组成不同的2种化合物层各形成1层时，“反复数”为1次。图1为表示本发明的被覆切削工具的一个例子的模式图，以下利用该模式图对反复数进行说明。该被覆切削工具8具有基材1和形成于基材1的表面的被覆层7。被覆层7为从基材1开始按顺序层压后述的下部层2、交替层压结构6、后述的上部层5而形成。交替层压结构6为从下部层2侧朝向上部层5侧，按顺序交替层压分别作为化合物层的A层3和与A层3的组成不同的B层4而形成，并且A层3和B层4各有4层。此时，反复数为4次。此外，例如，当将A层3和B层4从下部层2侧朝向上部层5侧依次层压A层3、B层4、A层3、B层4、A层3、B层4、A层3、B层4、A层3、B层4，从而分别形成5层A层3和5层B层4时，反复数为5次。在此，A层3可为包含具有由上述式(1)表示的组成的化合物的化合物层，而B层4可为包含具有由上述式(2)表示的组成的化合物的化合物层。或者，也可为A层3为包含具有由上述式(2)表示的组成的化合物的化合物层，而B层4为包含具有由上述式(1)表示的组成的化合物的化合物层。此外，虽然在图1中，被覆层7同时具有下部层2和上部层5，但被覆层也可仅具有下部层2和上部层5中的任意一个，或也可不具有该二者。

此外，对在本实施方式的另一形态中，具有由组成不同的3种化合物层构成的交替层压结构的被覆切削工具简单地进行说明。在这样的被覆切削工具中，交替层压结构除了如上所述的A层和B层外，还进一步具有作为与这些化合物层组成不同的化合物层的C层。将A层设为包含具有由上述式(1)表示的组成的化合物的化合物层，将B层设为包含具有由上述式(2)表示的组成的化合物的化合物层。此时，A层、B层和C层的层压顺序并没有特别的限定，例如，从基材侧按顺序可为A层、B层、C层的顺序，B层、A层、C层的顺序，A层、C层、B层的顺序，B层、C层、A层的顺序，C层、A层、B层的顺序，或者C层、B层、A层的顺序中的任意一种。由于C层位于A层和B层之间，因此从提高A层与B层的粘着性的观点来看，其优选含有由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素组成的化合物。特别是，优选C层与A层和B层中的任意一种化合物层的金属元素种类的至少一部分相同，更优选全部相同。此外，优选C层以在A层所含有的特定金属元素的比例和B层所含有的上述特定金属元素的比例之间的比例含有上述特定金属元素。由此，相互邻接的化合物层间的粘着性不会降低，且这些化合物层的界面中晶格的不匹配会变小。因此，可抑制交替层压结构的残余压缩应力升高，所以在难加工材料的加工中，耐缺损性得到提高。

进而，在本实施方式的又一形态中，交替层压结构也可在除上述A层、B层和C层以外，还具有与这些化合物层组成不同的另1种或2种以上的化合物层。但是，在其为这种交替层压结构的情况下，优选以使A层和B层邻接的方式层压各化合物层。与上述A层、B层和C层组成不同的另1种或2种以上的化合物层为彼此组成不同的层，从提高与A层、B层和C层的粘着性的观点来看，这些层优选含有由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物。在此情况下，特别地优选A层和B层以外的化合物层与A层和B层中的任意一种化合物层在金属元素种类上至少一部分相同，更优选全部相同。此外，优选A层和B层以外的各化合物层以如下比例含有特定金属元素，该比例处于夹着该化合物层的2种化合物层中一方所含有的上述特定金属元素的比例和另一方所含有的上述特定金属元素的比例之间。由此，相互邻接的化合物层间的粘着性不会降低，且这些化合物层的界面中晶格的不匹配会变小。因此，可抑制交替层压结构的残余压缩应力升高，所以在难加工材料的加工中，耐缺损性得到提高。

如果构成本实施方式的交替层压结构的化合物层各自的平均厚度为1nm以上，则更容易形成均匀厚度的化合物层。另一方面，如果构成交替层压结构的化合物层各自的平均厚度为50nm以下，则交替层压结构的硬度会进一步提高。因此，构成交替层压结构的化合物层的平均厚度为1nm以上50nm以下，优选为2nm以上50nm以下，更优选为4nm以上50nm以下。

在本实施方式中，如果交替层压结构的平均厚度为1.5μm以上则耐磨性进一步提高，如果为15μm以下则耐缺损性进一步提高。因此，交替层压结构的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。其中，交替层压结构的平均厚度优选为1.5μm以上6.0μm以下。

在本实施方式中，如果交替层压结构的平均晶体粒径为100nm以上则能够进一步抑制耐磨性的降低，如果为450nm以下则能够进一步抑制耐缺损性的降低。因此，交替层压结构的平均晶体粒径优选为100nm以上450nm以下，更优选为105nm以上430nm以下。

关于本实施方式中的交替层压结构的平均晶体粒径，可使用透射型电子显微镜(TEM)，从相对被覆切削工具的基材的表面正交的方向的截面组织(即，从如图1所示方向观察到的截面组织)中进行测定。更具体来说，使用TEM观察被覆切削工具的截面组织，并拍摄放大10000倍～80000倍的图像。在拍摄的图像中，画相对基材的表面平行的直线(宽度相当于200nm)。此时，以横穿交替层压结构的组织的方式画直线。将该直线所包含的粒子的长度(直径)除以该直线通过的粒子数所得的值设定为交替层压结构的晶体粒径。从画于5处以上的直线分别测量交替层压结构的晶体粒径，将得到的值的算术平均值定义为交替层压结构的平均晶体粒径。

本实施方式的被覆层可仅由交替层压结构构成，但如果在基材和交替层压结构之间(即，交替层压结构的下层)具有下部层，则会进一步提高基材与交替层压结构的粘着性，因此较为优选。其中，从与上述相同的观点来看，下部层优选包含由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，更优选包含由选自Ti和Al所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，进一步优选包含由选自Ti和Al所组成的群组中的至少一种元素、和N元素组成的化合物。但是，下部层与交替层压结构中的化合物层的组成不同。此外，下部层可为单层，也可为2层以上的多层。

在本实施方式中，如果下部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下，则基材与被覆层之间的粘着性显示出进一步提高的倾向，因此较为优选。从相同的观点来看，下部层的平均厚度更优选为0.1μm以上3.0μm以下，进一步优选为0.1μm以上2.5μm以下。

本实施方式的被覆层也可在交替层压结构的与基材相反的一侧(即，交替层压结构的表面)具有上部层。如果上部层含有由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，则耐磨性更加优异，因而进一步优选。此外，从与上述相同的观点来看，上部层更优选含有由选自Ti、Nb、Cr以及Al所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，进一步优选含有由选自Ti、Nb、Cr以及Al所组成的群组中的至少一种元素、和N元素组成的化合物。但是，上部层与交替层压结构中的化合物层的组成不同。此外，上部层可为单层，也可为2层以上的多层。

在本实施方式中，如果上部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下，则显示出耐磨性优异的倾向，因此较为优选。从相同的观点来看，上部层的平均厚度更优选为0.2μm以上3.0μm以下。

本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的制造方法没有特别的限制。例如，被覆层可通过离子镀法、电弧离子镀法、溅射法和离子混合法等物理气相沉积法，按顺序形成在上文中所说明的交替层压结构的各化合物层而获得。特别是，通过电弧离子镀法形成的被覆层与基材的粘着性较高。因此，在这些方法中优选电弧离子镀法。

使用具体例子对本实施方式的被覆切削工具的制造方法进行说明。应予说明，本实施方式的被覆切削工具的制造方法只要能够实现该被覆切削工具的结构，则没有特别的限制。

首先，将加工为工具形状的基材收容于物理气相沉积装置的反应容器内，并将金属蒸发源设置于反应容器内。之后，对反应容器内进行抽真空，直至其压力达到1.0×10^-2Pa以下，并通过反应容器内的加热器将基材加热至其温度达到600℃～700℃。加热后，将Ar气导入反应容器内，使反应容器内的压力为0.5Pa～5.0Pa。在压力为0.5Pa～5.0Pa的Ar气气氛下，向基材施加-350V～-500V的偏压，在使40A～50A的电流流过反应容器内的钨丝的条件下，对基材的表面进行采用Ar气的离子轰击处理。在对基材的表面进行离子轰击处理后，对反应容器内进行抽真空，直至其压力达到1.0×10^-2Pa以下。

接着，调整加热器的温度并将基材加热至其温度达到250℃以上500℃以下，然后，将氮气等反应气体导入反应容器内。之后，将反应容器内的压力设为2.0～4.0Pa，并对基材施加-60～-150V的偏压。然后，通过电弧放电使与各层金属成分相对应的金属蒸发源蒸发，从而能够在基材的表面形成各层。此时，一边使固定有基材的工作台旋转，一边通过电弧放电使放置于彼此分离的位置的2种以上的金属蒸发源同时蒸发，由此可形成构成交替层压结构的各化合物层。此时，通过调整反应容器内的固定有基材的旋转工作台的转速，能够控制构成交替层压结构的各化合物层的厚度。或者，也可通过电弧放电使2种以上的金属蒸发源交替蒸发，从而形成构成交替层压结构的各化合物层。此时，可通过分别调整金属蒸发源的电弧放电时间，来控制构成交替层压结构的各化合物层的厚度。

为了将本实施方式的交替层压结构的平均晶体粒径设为上述指定的大小，只要降低形成交替层压结构时的基材的温度即可。更具体来说，如果对将基材的温度设为300℃的情况和设为500℃的情况进行比较，则在设为300℃的情况下基材的温度较低，因此交替层压结构的平均晶体粒径增大。此外，如果使用Al元素相对Al元素和M所表示的元素的总量的原子比较小的金属蒸发源，则交替层压结构的平均晶体粒径显示出增大的倾向。因此，可通过调整形成交替层压结构时的基材的温度和金属蒸发源的组成，来控制交替层压结构的平均晶体粒径。

关于构成本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的各层的厚度，可使用TEM从被覆切削工具的截面组织中进行测定。更具体来说，在被覆切削工具中，在从与金属蒸发源相对的面的刀尖棱线部朝向该面的中心部而距离该刀尖棱线部50μm的位置附近取3处以上的截面，测定该截面上各层的厚度。可将得到的各层厚度的算术平均值定义为被覆切削工具中的各层的平均厚度。

此外，关于构成本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的各层的组成，可使用能量分散型X射线分析装置(EDS)或波长分散型X射线分析装置(WDS)等从本实施方式的被覆切削工具的截面组织中进行测定从而决定。

本发明的被覆切削工具起到能够相比以往延长工具寿命的效果。虽然其主要原因不限定于此，但认为这是由于被覆切削工具在耐氧化性和耐缺损性方面较为优异。作为本实施方式的被覆切削工具的种类，具体可列举铣削加工用或车削加工用刀口更换型切削刀片、钻头和立铣刀等。

实施例

以下，通过实施例对本发明进一步详细地进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。

(实施例1)

作为基材，准备加工为ISO标准CNMG120408形状的刀片，且具有93.5WC-6.2Co-0.3Cr₃C₂(以上为质量％)的组成的硬质合金。在电弧离子镀装置的反应容器内，配置金属蒸发源以形成表1所示的各层的组成。将准备好的基材固定于反应容器内的旋转工作台的固定配件。

之后，对反应容器内进行抽真空，直至其压力达到5.0×10^-3Pa以下。在抽真空后，通过反应容器内的加热器对基材进行加热，直至其温度达到600℃。在加热后，向反应容器内导入Ar气，使其压力达到5.0Pa。

在压力为5.0Pa的Ar气气氛下，向基材施加-450V的偏压，使45A的电流流过反应容器内的钨丝，在此条件下对基材的表面进行30分钟的采用Ar气的离子轰击处理。在离子轰击处理结束后，对反应容器内进行抽真空，直至其压力达到5.0×10^-3Pa以下。

在抽真空后，对基材进行加热，直到其温度达到表2所示的温度(工序开始时的温度)，将氮气(N₂)导入反应容器内，并将反应容器内调整为表2所示的压力。

接着，在发明产品1～14和比较产品1～7中，交替地形成表1所示的A层和B层而得到交替层压结构。详细来说，通过电弧放电使A层的金属蒸发源和B层的金属蒸发源同时蒸发，从而交替地形成A层和B层。此时，A层的厚度和B层的厚度通过在1～5rpm的范围内调整旋转工作台的转速来控制。应予说明，表1中的“组成差的绝对值”为A层与B层之间的“组成差的绝对值”。

另一方面，对于比较产品8，向基材施加-50V的偏压，通过电弧电流为120A的电弧放电使金属蒸发源蒸发，从而形成表1所示的单层的化合物层。

在基材的表面形成各层以达到表1所示的指定的平均厚度后，切断加热器的电源，在试样温度达到100℃以下后，将试样从反应容器内取出。

[表1]

[表2]

得到的试样的各层的平均厚度可通过以下方法求得：在从被覆切削工具的与金属蒸发源相对的面的刀尖棱线部朝向该面的中心部而距离该刀尖棱线部50μm的位置附近，对3处的截面进行TEM观察，测定各层的厚度，并计算其算术平均值。关于得到的试样的各层的组成，在从被覆切削工具的与金属蒸发源相对的面的刀尖棱线部朝向该面的中心部而距离该刀尖棱线部50μm的位置附近的截面中，使用EDS进行测定。这些结果一并表示于表1。应予说明，表1的各层的金属元素的组成比表示在构成各层的化合物中各金属元素相对于金属元素整体的原子比。

得到的试样的交替层压结构的平均晶体粒径按以下方法求得。首先，使用TEM观察被覆切削工具的截面组织，拍摄放大60000倍的图像。在拍摄的图像中，画相对基材的表面平行的直线(宽度相当于200nm)，使其横穿交替层压结构的组织。将该直线所包含的粒子的长度(直径)除以该直线通过的粒子数而得到的值设定为交替层压结构的晶体粒径。画5条直线，并分别测定各直线中的交替层压结构的晶体粒径。计算得到的交替层压结构的晶体粒径的算术平均值，并将该值作为交替层压结构的平均晶体粒径。将该结果表示于表3。

[表3]

使用得到的试样进行以下的切削试验并进行评价。

[切削试验]

被切削材料：因科镍合金718，

被切削材料形状：的圆柱，

切削速度：60m/min，

进给量：0.15mm/rev，

进刀量：0.8mm，

冷却液：有，

评价项目：将试样发生缺损(试样的切削刃部产生缺陷)时，或后刀面磨损宽度达到0.3mm时设定为工具寿命，并对直到工具寿命为止的加工时间进行测定。在前者的情况下，将损伤状态设定为“缺损”，在后者的情况下，将损伤状态设定为“正常磨耗”。

将切削试验的结果表示于表4。

[表4]

在比较产品1～3中，由于组成差的绝对值较大，因此被覆层中的应变量增大，从而发生了缺损。特别是，B层中的Al的含量较少的比较产品3由于氧化的发生，刀尖的强度降低，因此，提前产生了缺损。因为同样的理由，A层和B层中的Al的含量较少的比较产品6也提前产生了缺损。在比较产品4和5中，由于化合物层的厚度较厚，被覆层的硬度降低，因此它们的工具寿命比发明产品短。在比较产品7和8中，后刀面磨损宽度提前增大。

由表4所示的结果可知，所有发明产品的加工时间均比比较产品的加工时间长。因此，可知发明产品的工具寿命得到延长。虽然认为其主要原因是由于发明产品在耐氧化性和耐缺损性两方面都较为优异，但主要原因并不限定于此。

(实施例2)

作为基材，准备加工为ISO标准CNMG120408形状的刀片，且具有93.5WC-6.2Co-0.3Cr₃C₂(以上为质量％)的组成的硬质合金。在电弧离子镀装置的反应容器内，配置金属蒸发源以形成表5所示的各层的组成。将准备好的基材固定于反应容器内的旋转工作台的固定配件。

之后，对反应容器内进行抽真空，使其压力达到5.0×10^-3Pa以下。在抽真空后，通过反应容器内的加热器对基材进行加热，直至其温度达到600℃。在加热后，向反应容器内导入Ar气，使其压力达到5.0Pa。

在抽真空后，对基材进行加热，直到其温度达到表6所示的温度(工序开始时的温度)，将氮气(N₂)导入反应容器内，并将反应容器内调整为表6所示的压力。

接着，形成发明产品15～18的表5所示的下部层。详细来说，对基材施加-50V的偏压，通过电弧电流为120A的电弧放电使金属蒸发源蒸发，从而形成下部层。

接着，交替地形成发明产品15～18的表5所示的A层和B层而得到交替层压结构。详细来说，在表6所示的条件下，通过电弧放电使A层的金属蒸发源和B层的金属蒸发源同时蒸发，从而交替地形成A层和B层。此时，A层的厚度和B层的厚度通过在1～5rpm的范围内调整旋转工作台的转速来控制。应予说明，表5中的“组成差的绝对值”为A层与B层之间的“组成差的绝对值”。

在形成交替层压结构后，向基材施加-50V的偏压，通过电弧电流为120A的电弧放电使金属蒸发源蒸发，从而形成表5所示的上部层。

在基材的表面形成各层直至达到表5所示的指定厚度后，切断加热器的电源，在试样温度达到100℃以下后，将试样从反应容器内取出。

[表5]

[表6]

得到的试样的各层的平均厚度可通过以下方法求得：在从被覆切削工具的与金属蒸发源相对的面的刀尖棱线部朝向该面的中心部而距离该刀尖棱线部50μm的位置附近，对3处的截面进行TEM观察，测定各层的厚度，并计算其算术平均值。关于得到的试样的各层的组成，在从被覆切削工具的与金属蒸发源相对的面的刀尖棱线部朝向该面的中心部而距离该刀尖棱线部50μm的位置附近的截面中，使用EDS进行测定。这些结果也一并表示于表5。应予说明，表5的各层的金属元素的组成比表示构成各层的化合物中各金属元素相对于金属元素整体的原子比。

得到的试样的交替层压结构的平均晶体粒径按以下方法求得。首先，使用TEM观察被覆切削工具的截面组织，拍摄放大60000倍的图像。在拍摄的图像中，画相对基材的表面平行的直线(宽度相当于200nm)，使其横穿交替层压结构的组织。将该直线所包含的粒子的长度(直径)除以该直线通过的粒子数而得到的值设定为交替层压结构的晶体粒径。画5条直线，测定各直线中的交替层压结构的晶体粒径。计算得到的交替层压结构的晶体粒径的算术平均值，将该值作为交替层压结构的平均晶体粒径。将该结果表示于表7。

[表7]

使用得到的试样进行与实施例1相同的切削试验并进行评价。切削试验的结果如表8所示。

[表8]

由表8所示的结果可知，发明产品的加工时间比表4所示的比较产品的加工时间更长。因此可知，即使发明产品具有上部层和下部层，其工具寿命也得到延长。虽然认为其主要原因是由于发明产品在耐氧化性和耐缺损性两方面都较为优异，但主要原因并不限定于此。

产业上的可利用性

本发明的被覆切削工具的耐缺损性较为优异，相比以往能够延长工具寿命，因此产业上的可利用性较高。

符号说明

1……基材、2……下部层、3……A层、4……B层、5……上部层、6……交替层压结构、7……被覆层、8……被覆切削工具。

Claims

1.一种被覆切削工具，其包含基材和形成于所述基材的表面的被覆层，所述被覆层具有交替层压结构，所述交替层压结构为将各为2层以上的组成不同的2种或3种以上的化合物层交替层压而成，

所述交替层压结构由包含具有由下述式(1)：

(Al_xM_1-x)N (1)

[式中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W以及Si组成的群组中的至少一种元素，x表示Al元素相对Al元素和M所表示的元素的总量的原子比，并满足0.58≦x≦0.80]

(Al_yM_1-y)N (2)

[式中，M表示选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W以及Si组成的群组中的至少一种元素，y表示Al元素相对Al元素和M所表示的元素的总量的原子比，并满足0.57≦y≦0.79]

所表示的组成的化合物的化合物层构成，

相对构成所述交替层压结构的化合物层所含有的全部金属元素的量的特定金属元素的量、和相对与该化合物层邻接的构成所述交替层压结构的其他化合物层所含有的全部金属元素的量的所述特定金属元素的量之差的绝对值超过0原子％且较大，并且不足5原子％，

所述化合物层各自的平均厚度为1nm以上50nm以下，所述交替层压结构的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。

2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，所述绝对值为1原子％以上4原子％以下。

3.如权利要求1或2所述的被覆切削工具，其中，所述交替层压结构的平均晶体粒径为100nm以上450nm以下。

4.如权利要求1～3中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述被覆层在所述基材和所述交替层压结构之间具有下部层，

所述下部层为由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素构成的化合物的单层或层压体，

所述下部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

5.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述被覆层在所述交替层压结构的表面具有上部层，

所述上部层为由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y所组成的群组中的至少一种元素、和选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少一种元素构成的化合物的单层或层压体，

所述上部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

6.如权利要求1～5中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述被覆层整体的平均厚度为1.5μm以上15μm以下。

7.如权利要求1～6中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体中的任意一种。