CN107614168A - 切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种切削刀片(1)等的切削工具，切削刀片(1)具备：基体(5)；以及DLC层(6)，其含有类金刚石碳，且配置于基体(5)的表面，DLC层(6)具有以0.1质量％～1质量％的比率含有氩的第一区域(7)，基体(5)与DLC层(6)的接合性良好，相对于被切削件的耐溶着性高。

Description

切削工具
技术领域
本发明涉及在基体上具备包含类金刚石碳(DLC)的DLC层的切削工具。
背景技术
类金刚石碳层(DLC层)的耐磨损性、润滑性优异，因此用作切削工具、模具、以及对于机械部件的涂层材料。例如，在日本特开2003-062706号公报(专利文献1)中公开了如下内容：将氩气作为载气，通过电弧离子镀法，形成氢含量为5原子％以下的DLC层。另外，在日本特开2012-125923号公报(专利文献2)中公开了通过直流等离子体CVD法成膜的含有氩的DLC被膜。对于DLC层，谋求耐磨损性的改善以及抑制被切削件的溶着的改善。
发明内容
本发明的切削工具具备：基体；以及DLC层，其配置于该基体的表面，且含有类金刚石碳，其中，所述DLC层具有以0.1质量％～1质量％的比率含有氩的第一区域。
附图说明
图1是关于作为本实施方式的切削工具的一例的切削刀片的立体图。
图2是将图1的切削刀片的主要部分放大了的剖视图。
图3是示出与图2相当的部分的另一例的剖视图。
图4是示出与图2相当的部分的又一例的剖视图。
具体实施方式
如图1所示，表示切削工具的一实施方式的切削刀片(以下，简称作刀片)1具有第一面2、与第一面2相邻的第二面3、以及位于第一面2与第二面3交叉的部分的棱线部4。在本实施方式中，第一面2的至少一部分形成为前刀面，第二面3的至少一部分形成为后刀面。另外，棱线部4的至少一部分形成为切削刃。另外，刀片1具有在第一面2开口且贯通至第一面2的相反侧的面的贯通孔10。
另外，如图2的剖视图所示，刀片1具备基体5、以及配置在该基体5上的DLC层6。需要说明的是，配置在基体5上是指，配置在被覆DLC层6前的基体5的表面。DLC层6配置在基体5上的至少一部分即可，在本实施方式中，配置为覆盖基体5的大致整体。换言之，基体5被DLC层6被覆。
在DLC层6中，作为主要成分含有类金刚石碳。在此“作为主要成分”是指，DLC层6含有比其他成分的质量多的类金刚石碳。
本实施方式的DLC层6具有以0.1质量％～1质量％的比率含有氩的第一区域7。在图2中示出DLC层6由第一区域7构成的例子。第一区域7以0.1质量％～1质量％的比率含有氩，从而耐磨损性优异，并且能够抑制被切削件的溶着。而且，具有第一区域7的DLC层6的耐磨损性也优异，并且能够抑制被切削件的溶着。因此，本实施方式的刀片1能够长期维持DLC层6的被覆效果。第一区域7中的氩的含量的优选范围为0.2质量％～0.5质量％。
第一区域7的氩的含量为0.1质量％以上的情况通过在成膜时朝向基体5照射氩而形成。通过朝向基体5照射氩，从而存在于基体5的表面的氧化层被除去，使基体5的表面洁净化。而且，由于在使基体5的表面洁净化的状态下成膜，因此基体5与第一区域7之间的紧贴性提高，耐磨损性优异。因此，若第一区域7的氩的含量为0.1质量％以上，则第一区域7相对于基体5的紧贴性高，耐磨损性优异。
在第一区域7中的氩的含量为1质量％以下的情况下，能够减少对被切削件进行切削加工时产生的被切削件朝向刀片1的溶着。需要说明的是，在不照射氩而将氩气作为载气通过电弧离子镀法成膜的情况下，膜中的氩的含量小于0.1质量％。另外，在通过直流等离子体CVD法成膜的情况下，膜中的氩的含量大于1质量％。
在本实施方式中，第一区域7中的氩的含量能够通过WDS(波长色散型EPMA)分析法来进行测定。在本实施方式中，在加速电压为15kV、探针电流为1×10-7A的条件下进行测定。对于分析区域而言，若可能则优选在直径100μm以上的范围进行测定，但在无法得到直径100μm以上的范围时，也可以在直径小于100μm的范围进行测定。
为了分别测定DLC层6中的厚度不同的位置处的氩的含量，可以列举将DLC层6的表面研磨规定的厚度并在研磨面进行测定的方法、以使DLC层6的厚度变化的方式倾斜地研磨并在研磨面的各厚度的位置进行测定的方法。
在本实施方式中，在DLC层6中的1点处测定的氩的含量为0.1质量％～1质量％的情况下，判断为存在第一区域7。或者，分别测定厚度不同的位置处的氩的含量，将氩的含量为0.1质量％～1质量％的范围判断为第一区域7。
另外，DLC层6可以仅由第一区域7这一个区域构成，也可以如图3那样由多个区域构成。在图3所示的例子中，DLC层6具有与基体5相接的第一区域7、以及氩的含有比率比第一区域7少且配置在第一区域7上的第二区域8。
在剖视观察DLC层6时，在第一区域7与第二区域8的边界明确的情况下，也可以将第一区域7称作第一层，另外将第二区域8称作第二层。需要说明的是，第一区域7与第二区域8的边界不必明确。在该边界不明确的情况下，分别测定DLC层6中的多个位置处的氩的含量，根据这些测定结果来评价第一区域7以及第二区域8的边界即可。
在本实施方式中，第二区域8与第一区域7相比氩的含有比率小，且配置在第一区域7上。通过满足这种结构，能够减少被切削件朝向DLC层6的溶着。另外，第一区域7与第二区域8相比氩的含有比高。因此，图3所示的例子中的刀片1的DLC层6与基体5的紧贴性高。
另外，在第二区域8中的氩的含有比率小于0.1质量％时，耐溶着性非常高。
在本实施方式中，若第一区域7的厚度t1为0.1μm～1μm，第二区域8的厚度t2为0.1μm～0.6μm，则能够提高DLC层6的耐溶着性以及与基体5的紧贴性。第一区域7的厚度t1与第二区域8的厚度t2之比(t2/t1)为0.2～3.0。
对于第一区域7的厚度t1和第二区域8的厚度t2而言，在DLC层6中的厚度不同的位置处测定氩含量，将氩含量为0.1μm～1μm的范围定义为第一区域7，将除此以外的部分、即在本实施方式中将第一区域7的上层定义为第二区域。
在此，第一区域7以及第二区域8的厚度是指，与基体5和DLC层6的界面(以下，有时记载为基体5的表面)正交的方向上的长度。需要说明的是，根据基体5的表面的位置不同，第一区域7以及第二区域8的厚度的方向改变。
在本实施方式中，DLC层6的位于第一面2的部分的厚度比位于第二面3的部分的厚度厚。在满足这种结构时，第一面2的至少一部分形成为前刀面，因此能够提高对于在前刀面流动的切屑的耐磨损性。
另外，DLC层6的位于棱线部的部分的厚度比位于第一面2以及第二面3的部分的厚度厚。在满足这种结构时，棱线部4的至少一部分形成为切削刃，因此位于切削刃的DLC层6的厚度大，能够提高切削加工时的耐磨损性。
需要说明的是，对于位于棱线部4的部分的DLC层6的厚度而言，在与构成棱线部4的两个面(第一面2以及第二面3)正交的剖面中，通过沿着上述两个面的二等分线的方向上的DLC层6的厚度来进行评价即可。
另外，在本实施方式中，基体5由含有硬质相和结合相的硬质合金构成。作为硬质合金，可以列举结合相由铁族金属构成并且硬质相由碳化钨构成的硬质合金、硬质相由碳氮化钛构成的金属陶瓷。虽然作为结合相的铁族金属容易被氧化，但是根据本实施方式，与DLC层6的紧贴性提高。结合相的含量为5～15质量％，优选为6～10质量％。作为基体，除此以外也可以为陶瓷。
并且，涂层工具不限定于本实施方式的切削刀片1，也能够应用于所有切削工具。其中，也可以为工具主体呈棒状，在前端具有底刃，在外周的前端侧具有外周刃，并与底刃和外周刃相邻地从前端朝向后方配设有切屑排出槽的钻头、立铣刀、铰刀、切割机。除此以外，还能够应用于滑动构件、耐磨损件。
接下来，使用图4对一实施方式的刀片1的另一例进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，主要对与图1～图3所示的刀片1的不同点进行说明，对于与图1～图3所示的刀片1同样的结构省略说明。
图4所示的例子的刀片1与图1～图3所示的刀片1同样地具备基体5以及DLC层6，但DLC层6的结构不同。具体而言，图4所示的例子的刀片1具有多个第一区域7以及多个第二区域8。上述多个第一区域7以及第二区域8交替地重叠。在将第一区域7视为第一层，将第二区域8视为第二层的情况下，DLC层6能够视为第一层以及第二层交替层叠的层叠体。以下，在图4的说明中，将第一区域7记载为第一层7，将第二区域8记载为第二层8。
在像这样DLC层6具有相互重叠的多个第一层7以及第二层8的情况下，能够提高DLC层6的耐久性。这是由于，通过增加第一层7与第二层8的边界部分，能够使施加于DLC层6的残留应力分散。另外，DLC层6具有多个第一层7以及第二层8，从而还能够得到可增大DLC层6的厚度的优点。
多个第一层7的厚度可以分别相同，但在多个第一层7中的、最接近基体5的最内层7a的厚度最厚时，能够提高基体5与DLC层6的紧贴性(接合性)。在图4中示出了最内层7a比被第二层8夹持的中间层7b厚的例子。
另外，多个第二层8的厚度可以分别相同，但在第二区域8中的、被第一区域7夹持的中间层8b的厚度比最远离基体5的最外层8c的厚度厚时，能够在第二区域8中良好地缓和在第一区域7与第二区域8之间产生的残留应力。
(制造方法)
接下来，对具有上述的DLC层6的涂层工具的制造方法进行说明。
首先，准备基体5。例如，在涂层工具是刀片1的情况下，在通过烧制而制成烧结体后，根据需要实施研磨加工，从而制成具有与刀片1对应的形状的基体1。在涂层工具是钻头的情况下，在对圆柱状的硬质合金的表面实施无心加工后，进行刃磨加工，从而制成具有钻头的形状的基体。根据需要，对基体的切削刃侧实施研磨加工。
之后，形成DLC层6。对DLC层6的具体的成膜方法进行说明。首先，将由石墨构成的靶配置在阴极电弧离子镀装置的腔内，并将试料放置在装置内。接下来，将腔内加热至100℃～200℃，导入氩气而进行离子轰击处理。之后，在除去氩气后，再次将0.2Pa～0.5Pa的氩气通入，并且施加偏压电压30V～100V，在形成等离子体的状态下，使用氩的离子枪，朝向试料照射氩，注入氩离子，同时从靶蒸发碳源，在基体5的表面形成以DLC为主要成分的第一区域7。
另外，为了形成第二区域8，也可以不使用离子枪地进行成膜。即，将0.2Pa～0.5Pa的氩气通入，并且施加偏压电压30V～100V，在形成等离子体的状态下，从靶蒸发碳源，从而在形成有第一区域7的基体5的表面形成第二区域8。
实施例
以金属钴(Co)粉末为7.0质量％、碳化铬(Cr3C2)粉末为0.8质量％、其余为平均粒径0.5μm的碳化钨(WC)粉末的比例添加、混合，并成型为圆柱形状而进行烧制。然后，经过无心加工以及刃磨加工工序制成具有钻头形状(钻头径)的基体。
在电弧离子镀装置中放置石墨靶和基体，使用氩在100℃下进行氩轰击处理，使靶以及基体的表面洁净化。然后，对于表1所示的一部分试料，使用氩的离子枪向试料注入氩，并根据表1所示的成膜条件，在基体的表面形成类金刚石碳层。
对于成膜后的DLC层，通过WDS(波长色散型EPMA)分析法来测定氩含量。另外，对在钻头的表面成膜的DLC层进行SEM观察，测定DLC层的厚度。
并且，使用所得到的钻头在以下的切削条件下进行切削试验，并评价切削性能。结果记载于表1中。
切削方法：由加工中心进行的方肩加工
被切削件：A5052
切削速度(进给)：800m/min
进给：0.1mm/刃
切深：纵切深3mm，横切深5mm
切削状态：鼓风
评价方法：确认切削长度以及在变得无法加工的时间点的钻头的状态(表中记载为切削刃状态)。
[表1]
根据表1，在形成DLC层时，在不使用离子枪成膜的试料No.10中，氩含量小于0.1质量％，耐磨损性降低，并且，DLC层的紧贴性差，出现DLC层的剥离。另外，在形成DLC层时的偏压电压大于100V的试料No.9中，氩含量大于1质量％，被切削件的溶着剧烈，并且被覆层的紧贴性变差而出现剥离。
相对于此，在具有氩含量为0.1质量％～1质量％的第一区域7的试料No.1～8中，相对于被切削件的溶着不大，耐磨损性也提高，切削长度也变长。特别是，在具有氩含量为0.1质量％～1质量％的第一区域7、氩的含有比率小于0.1质量％的第二区域8的试料No.1～3、5中，耐溶着性高，切削长度长。另外，在氩含量为0.1质量％～1质量％的第一区域的厚度为0.1μm～1.0μm、氩的含有比率为0.1质量％以下的第二区域的厚度为0.1μm～0.6μm的试料No.1～3、5中，切削长度更长。
附图标记说明
1 切削刀片(刀片)；
2 第一面(前刀面)；
3 第二面(后刀面)；
4 棱线部(切削刃)；
5 基体；
6 DLC层；
7 第一区域(第一层)；
8 第二区域(第二层)；
10 贯通孔。

Claims (9)

1.一种切削工具，具备：
基体；以及
DLC层，其配置于该基体的表面，且含有类金刚石碳，
其中，
所述DLC层具有以0.1质量％～1质量％的比率含有氩的第一区域。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，
所述DLC层还具有第二区域，该第二区域的氩的含有比率比所述第一区域小，且配置于所述第一区域上。
3.根据权利要求2所述的切削工具，其中，
所述第二区域的氩的含有比率小于0.1质量％。
4.根据权利要求2或3所述的切削工具，其中，
所述第一区域以及所述第二区域呈层状，在所述DLC层的厚度方向上交替地配置。
5.根据权利要求4所述的切削工具，其中，
层状的多个所述第一区域中的、最接近所述基体的最内层的厚度最厚。
6.根据权利要求4或5所述的切削工具，其中，
层状的多个所述第二区域中的、被所述第一区域夹持的中间层的厚度比最远离所述基体的最外层的厚度厚。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的切削工具，其中，
所述切削工具具有：
第一面；
第二面，其与所述第一面相邻；以及
棱线部，其配置于所述第一面和所述第二面交叉的部分，
所述DLC层的配置于所述第一面的部分的厚度比配置于所述第二面的部分的厚度厚。
8.根据权利要求7所述的切削工具，其中，
所述DLC层的配置于所述棱线部的部分的厚度比配置于所述第一面以及所述第二面的部分的厚度厚。
9.根据权利要求2至5中任一项所述的切削工具，其中，
所述第一区域的厚度为0.1μm～1μm，所述第二区域的厚度为0.1μm～0.6μm。
CN201680031110.1A 2015-05-28 2016-05-30 切削工具 Active CN107614168B (zh)

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