CN109153082B - 切削工具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种切削工具，包括基材、和与基材接触并覆盖基材的覆膜。所述基材是立方氮化硼烧结体。所述覆膜是陶瓷。所述覆膜中的氧的量为0.040质量％以下。

Description

切削工具及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种切削工具及其制造方法。本申请要求基于2017年4月25日提交的日本专利申请No.2017-085897的优先权，其全部内容通过引用而并入本文中。
背景技术
通常，使用立方氮化硼(以下也称为“cBN”)烧结体作为基材的切削工具是已知的。例如，日本专利特开No.08-119774(专利文献1)公开了一种用于工具的高硬度复合材料，其在基材(其为cBN烧结体)的表面上具有由诸如TiAlCN之类的陶瓷制成的耐热硬质覆膜。日本专利特开No.2001-220268(专利文献2)、日本专利特开No.2001-353603(专利文献3)和日本专利特开No.2015-085465(专利文献4)也公开了一种切削工具，该切削工具具有形成在基材(其为cBN烧结体)的表面上的陶瓷覆膜。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利特开No.08-119774
专利文献2：日本专利特开No.2001-220268
专利文献3：日本专利特开No.2001-353603
专利文献4：日本专利特开No.2015-085465
发明内容
技术问题
根据本公开的一个方面的切削工具包括基材和与所述基材接触并覆盖所述基材的覆膜。所述基材是立方氮化硼烧结体。所述覆膜是陶瓷。所述覆膜中的氧的量为0.040质量％以下。
根据本公开的一个方面的制造切削工具的方法包括：第一步骤，将立方氮化硼烧结体基材放置在腔室内，将惰性气体离子照射到所述基材的表面上，从而清洁所述基材的表面；和第二步骤，在所述第一步骤之后，使用物理气相沉积法在放置于所述腔室内的所述基材的表面上形成陶瓷覆膜。在所述第一步骤和所述第二步骤中，所述腔室内的氧分压和水分压的总分压为5×10-3Pa以下。
附图说明
图1是示出根据本实施方案的切削工具的构造的一个实例的部分截面图。
具体实施方式
[本公开所要解决的问题]
近年来，对钢、硬化钢或难切削的铸钢的高效加工和高精度加工的需求不断增加。然而，当用常规切削工具切削这样的工件时覆膜容易剥离，并且不能获得优异的加工精度。
鉴于上述情况，本公开提供了一种具有耐剥离性优异的覆膜的切削工具及其制造方法。
[本公开的效果]
根据以上所述，可以提供具有耐剥离性优异的覆膜的切削工具。
[本发明的实施方案的说明]
首先，将以列举的形式描述本发明的实施方案。应当注意，在本说明书中，表述“M至N”表示范围的下限和上限(即，M以上N以下)。当没有指示M的单位而仅指示N的单位时，M的单位与N的单位相同。
本发明人着眼于以下事实：基材和覆膜之间的界面中的痕量氧导致基材和覆膜之间的密着力降低。通过认真研究，本发明人最终发现，通过限定与基材接触的覆膜中的氧的量，覆膜不易于剥离，由此完成了根据本公开的切削工具。
[1]根据本公开的切削工具包括基材和与所述基材接触并覆盖所述基材的覆膜。所述基材是立方氮化硼烧结体。所述覆膜是陶瓷。所述覆膜中的氧的量为0.040质量％以下。利用上述切削工具，可以抑制由基材和覆膜之间的界面中的氧引起的密着性的降低。由此，提高了基材与覆膜之间的密着性，并提高了覆膜的耐剥离性。
[2]在上述切削工具中，覆膜中的氧的量为0.010质量％以下。由此，进一步提高了基材与覆膜之间的密着性，并且提高了覆膜的强度。
[3]在上述切削工具中，所述立方氮化硼烧结体由30体积％以上90体积％以下的立方氮化硼和余量的结合剂组成。所述结合剂由选自如下化合物及其固溶体中的至少一者、Al和Al化合物中的至少一者以及不可避免的杂质组成，所述化合物由选自元素周期表第4族、5族和6族中的元素和Si中的至少一种元素，以及选自N、C、B和O中的至少一者组成。所述覆膜的厚度为0.05μm以上5μm以下。所述陶瓷包含至少一种这样的化合物，该化合物由选自元素周期表第4族、5族和6族元素、Al和Si中的至少一种元素，以及选自C和N中的至少一者组成。
通过上述基材的组成，Al和Al化合物中的至少一者增加了cBN颗粒之间的结合力，并提高了cBN烧结体的韧性和强度。此外，由于结合剂包含选自如下化合物及其固溶体中的至少一者，该化合物由选自元素周期表第4族、5族和6族中的元素和Si中的至少一种元素，以及选自N、C、B和O中的至少一者组成，所以提高了基材的强度和耐磨性。
此外，通过使覆膜具有上述厚度，可以进一步提高覆膜与基材的密着性，并且实现了优异的生产率。通过使覆膜具有上述组成，获得了具有高硬度和优异耐磨性的覆膜。
[4]根据本公开的制造切削工具的方法包括：第一步骤，将立方氮化硼烧结体基材放置在腔室内，将产生于腔室内的惰性气体离子照射到所述基材的表面上，从而清洁所述基材的表面；和第二步骤，在所述第一步骤之后，使用PVD法在放置于所述腔室内的所述基材的表面上形成陶瓷覆膜。在所述第一步骤和所述第二步骤中，所述腔室内的氧分压和水分压的总分压为5×10-3Pa以下。
通过上述制造方法，可以容易地形成氧的量为0.040质量％以下的覆膜，并且可以降低覆膜与基材之间的界面中的氧的量。由此，提高了基材与覆膜之间的密着性，并提高了覆膜的耐剥离性。
[5]在第一步骤和第二步骤中，所述腔室内的氧分压和水分压的总分压为6×10- 4Pa以下。由此，可以进一步降低覆膜中的氧的量，并且可以进一步提高基材和覆膜之间的密着性。另外，由于覆膜中低强度非晶质氧的量降低，因此提高了覆膜的强度。
[6]在第一步骤和第二步骤中，所述腔室内的氧分压为1×10-15Pa以下。由此，进一步提高了基材与覆膜之间的密着性。另外，由于覆膜中的低强度非晶质氧的量降低，因此进一步提高了覆膜的强度。
[本发明的实施方案的详述]
下面将描述本发明的一个实施方案(下文中称为“本实施方案”)，但是本实施方案不限于以下描述。应当注意，在用于描述以下实施方案的附图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分。另外，在本说明书中由化学式表示化合物等的情况下，当原子比没有特别的限制时，则认为包括任何常规已知的原子比。原子比不必限于化学计量范围内的一个原子比。例如，当描述“AlCrN”时，构成AlCrN的原子数之比并不限于Al:Cr:N＝0.5:0.5:1，并且包括任何常规已知的原子比。
<切削工具>
图1是示出根据本实施方案的切削工具的构造的一个实例的部分截面图。如图1所示，切削工具10包括基材11和与基材11接触并覆盖基材11的覆膜12。覆膜12优选覆盖整个基材11。然而，即使当覆膜12没有覆盖基材11的一部分时或者即使当覆膜12具有部分不同的构造时，这种覆膜12也不脱离本发明的范围。
对于切削工具10的形状和用途没有特别的限制。切削工具10的实例可包括钻头、端铣刀、钻头用可转位切削刀片、端铣刀用可转位切削刀片、铣削用可转位切削刀片、车削用可转位切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥、曲柄轴铣削用刀片等。
切削工具10不限于完全具有上述构造(即，包括基材11和形成在基材11上的覆膜12)的切削工具，而且还包括仅部分地(特别地，在切削刃部分(切削刀片部分)等处)具有上述构造的切削工具。例如，根据本实施方案的切削工具还包括这样的切削工具，其中在该切削工具中，仅由硬质合金等构成的基体(支撑体)的切削刃部分具有上述构造。在这种情况下，从字面上来说，认为切削刃部分是切削工具。换句话说，即使当上述构造仅占切削工具的一部分时，上述构造也称为切削工具。
<<基材>>
基材11是由cBN和结合剂组成的cBN烧结体。cBN烧结体由(例如)30体积％至90体积％的cBN和包括结合剂在内的余量组成。
通过将在制造cBN烧结体基材11时使用的cBN粉末的体积百分比设定在上述范围内，可以实现基材11中的cBN的含量比(以体积百分比计)。还可以通过使用电感耦合高频等离子体光谱法(ICP)、安装于扫描电子显微镜(SEM)的能量色散X射线分析仪(EDX)或安装于透射电子显微镜(TEM)的EDX的定量分析，在基材11上进行组织观察、元素分析等来检查该含量比。
例如，在使用SEM的情况下，可以如下所述确定cBN的含量比(以体积百分比计)。首先，在任意位置切断切削工具10以制造包括基材11的截面的样品。为了制造基材11的截面，可以使用聚焦离子束装置、截面抛光装置等。然后，用SEM在2000倍的放大倍数下观察立方氮化硼烧结体的截面，以获得反射电子图像。在反射电子图像中，存在立方氮化硼颗粒的区域呈现为黑色区域，并且存在结合剂的区域呈现为灰色区域或白色区域。
然后，使用图像分析软件(例如，由Mitani Corporation制造的“WinROOF”)对反射电子图像进行二值化处理，并且由经过二值化处理的图像计算各个面积比。通过将计算的面积比视为体积百分比，可以确定cBN的含量比(以体积百分比计)。因此，可以同时确定结合剂的体积百分比。
优选地，结合剂由选自如下化合物及其固溶体中的至少一者、Al和Al化合物(例如，Al的氮化物、硼化物、氧化物)中的至少一者、以及由所使用的原料、制造条件等产生的不可避免的杂质组成，该化合物由选自元素周期表第4族元素(如Ti、Zr、Hf)、第5族元素(如V、Nb、Ta)和第6族元素(如Cr、Mo、W)和Si中的至少一种元素，以及选自N、C、B和O中的至少一者组成。在高温高压下的烧结过程中，这种结合剂与cBN反应，并且在cBN颗粒和结合剂之间的界面中产生诸如硼化铝(AlB2)和氮化铝(AlN)之类的化合物，从而提高了颗粒之间的结合力并提高了烧结体的韧性和强度。另外，由于结合剂中包含Al和Al化合物，因此可以提高切削工具10的耐剥离性。Al化合物的具体例包括AlCrN、AlN、Al2O3等。
可以如下所述确定结合剂中包含的化合物的类型和含量比(以质量百分比计)。首先，根据确定上述cBN的含量比的技术来制造包括cBN烧结体的截面的样品。然后，使用安装于SEM或TEM的能量色散X射线分析仪(EDX)来计算元素的类型和含量比。随后，使用X射线衍射仪估计化合物的类型和各自的含量比，并由这些结果计算各种化合物的含量比。
<<覆膜>>
覆膜12形成在基材11的正上方，与基材11接触并覆盖基材11。覆膜12(包括与基材11间的界面)中的氧原子(O)的量(以下也称为“氧的量”)为0.040质量％以下，优选0.010质量％以下，进一步优选0.005质量％以下。应注意的是，对于覆膜中的氧的量的下限没有特别的限制，理想的是0质量％。然而，当氧的量小于0.001质量％时，制造这种覆膜变得困难且昂贵。
通过使用能量色散X射线分析仪(EDX)将X射线照射到覆膜12的表面上，并且分析区域中的各种元素的质量，从而计算覆膜12中的氧的量，该区域为至少从覆膜12的表面到覆膜12与基材11之间的界面的区域(检测深度：0.1μm到5μm)。检测深度取决于EDX中的加速电压和覆膜12的组成。例如，当覆膜12的组成为TiAlN并且EDX中的加速电压为15eV时，检测深度为约2μm。因此，可以根据覆膜12的厚度设定EDX中的加速电压，使得检测深度基本上等于从覆膜12的表面到覆膜12与基材11之间的界面的距离。应当注意，基材11的表面中的氧的量也影响基材11和覆膜12之间的密着力。因此，可以设定检测深度，使得也在基材11中的位于基材11与覆膜12间的界面附近的部分中进行检测。即，可以设定EDX中的加速电压，使得检测深度变得大于或等于从覆膜12的表面到覆膜12和基材11之间的界面的距离。
在基材11的表面上，由于后面描述的轰击步骤而存在微小的凹凸。据认为，基材11和覆膜12之间的密着是通过当覆膜12的组分进入凹凸中并在其上结晶时获得的锚固效应而实现的。据估计，基材11和覆膜12之间的界面中的氧以具有非常低的强度的非晶质状态存在。这种非晶质氧可能是破裂的起点，并且伴随着微小的破裂而导致覆膜12的剥离。因此，基材11和覆膜12之间的密着力可能会降低。然而，如上所述，通过限定覆膜12中的氧的量，可以抑制由氧引起的基材11与覆膜12之间的密着性的降低，并且可以提高覆膜12的耐剥离性。另外，由于通过减少覆膜12中的氧的量而不易于产生始于非晶质氧的微小破裂，因此提高了覆膜12的强度。通过提高覆膜12的强度，可以抑制由微小破裂的累积引起的覆膜12的剥离。
覆膜12是硬质陶瓷。该陶瓷包含至少一种这样的化合物，该化合物由选自元素周期表的第4族、5族和6族元素、Al和Si中的至少一种元素，以及选自C和N中的至少一者组成。化合物的实例可以包括TiN、AlN、CrN、TiSiN、ZrN、AlZrN、TiAlN、TiAlSiN、TiAlCrSiN、AlCrN、AlCrSiN、TiZrN、TiAlMoN、TiAlNbN、AlCrTaN、AlTiVN、TiCrHfN、CrSiWN、AlHfN、TiAlWN、ZrSiN、TiCN、TiBN、TiCBN、TiAlCN、AlCN、AlCrCN、CrCN、TiSiCN、ZrCN、AlCrMoCN、AlTiVCN等。
通过选择如上所述的化合物作为覆膜12，覆膜12具有改善的硬度和改善的耐磨性。此外，随着覆膜12的耐磨性提高，难以提高耐切削性，以易于发生覆膜的剥离，并且磨损难以发展。另外，在加工期间不太可能发生起伏，并且能够以高尺寸精度进行加工，从而延长寿命。
优选地，覆膜的厚度为0.05μm至5μm。通过将覆膜的厚度设定在该范围内，可以高水平地实现覆膜与基材之间的密着性和耐磨性，由此实现了优异的生产率。
应当注意，可以在覆膜12的表面上形成一层、两层或更多层薄膜作为第二覆膜。这种薄膜的实例包括由第4族中的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物和氧化物中的任何化合物制成的膜。
<切削工具的制造方法>
制造本实施方案中的切削工具的方法是制造上述切削工具的方法，包括：第一步骤(轰击步骤)，将立方氮化硼烧结体基材放置在PVD(物理气相沉积)装置的腔室内，将惰性气体离子照射到基材的表面上，从而清洁基材的表面；和第二步骤(成膜步骤)，在第一步骤之后，使用物理气相沉积法(PVD法)在放置于腔室内的基材的表面上形成陶瓷覆膜。在第一步骤和第二步骤中，腔室内的氧分压和水分压的总分压为5×10-3Pa以下。下面将详细描述各个步骤。
<<第一步骤(轰击步骤)>>
将cBN烧结体基材放置于市售PVD装置的腔室内。将真空泵连接至腔室，并降低腔室内的压力。此外，将气体分压控制装置连接至腔室，并且控制腔室内的氧分压和水分压。作为气体分压控制装置，可以使用公知的气体净化装置、氧分压控制装置等。
使用已知方法制造基材。例如，通过在高温高压下对由cBN颗粒和结合剂的原料粉末组成的混合物进行烧结，从而制造基材，其中该混合物经过调节，使得cBN颗粒的混合比达到30体积％以上90体积％以下。
在将基材放置于腔室内之后，通过真空泵对腔室进行抽真空，操作气体分压控制装置，并进行等待直到腔室内的氧分压和水分压的总分压达到第一设定值5×10-3Pa以下为止。
在腔室内的氧分压和水分压的总分压达到第一设定值之后，将惰性气体(例如，Ar气体)引入腔室以通过等离子体放电产生惰性气体离子，并且将负高压(例如，-1000V)施加到基材上。由此，将惰性气体离子照射到基材的表面上，并且清洁基材的表面。在这种情况下，监测腔室内的氧分压和水分压，并且当氧分压和水分压的总分压达到第一设定值以下时，切断气体分压控制装置和腔室之间的连接。结果，腔室内的氧分压和水分压的总分压稳定在第一设定值以下。
<<第二步骤(成膜步骤)>>
接下来，操作真空泵以从腔室中排出惰性气体。然后，操作气体分压控制装置，并且进行等待直到腔室内的氧分压和水分压的总分压达到第二设定值5×10-3Pa以下为止。应该注意，第二设定值可以与第一设定值相同或不同。
在腔室内的氧分压和水分压的总分压达到第二设定值之后，通过物理气相沉积法在基材的表面上形成覆膜。作为物理气相沉积法，可以采用任何常规已知的方法(电弧离子镀法，溅射法等)。此外，可以通过将反应气体(例如，N2气体)引入腔室中并使反应性气体与靶的蒸发气体发生化学反应来形成覆膜。
通过成膜时间控制覆膜的厚度。通过用作靶的原料的组成和反应性气体来调节覆膜的组成。
在成膜期间，监测腔室内的氧分压和水分压，并且当氧分压和水分压的总分压达到第二设定值以下时，切断气体分压控制装置和腔室之间的连接。由此，腔室内的氧分压和水分压的总分压稳定在第二设定值以下。
如上所述，在轰击步骤中，腔室内的氧分压和水分压的总分压保持在5×10-3Pa以下。因此，可以降低基材的表面中的氧的量。同样在随后的成膜步骤中，腔室内的氧分压和水分压的总分压保持在5×10-3Pa以下。结果，覆膜(包括与基材间的界面)中的氧的量为0.040质量％以下，可以抑制由氧引起的覆膜与基材之间的密着性的降低，并且可以提高覆膜的耐剥离性。此外，由于提高了覆膜与基材之间的密着性，因此切削工具可以具有更长的寿命。尽管对于腔室内的氧分压和水分压的总分压的下限没有特别的限制，并且该总分压理想地为0Pa，但是在考虑制造成本的情况下，优选在可通过气体分压控制装置的正常操作控制的范围内将该总分压设定地尽可能低。
应当注意，在轰击步骤和成膜步骤中，腔室内的氧分压和水分压的总分压优选保持在6×10-4Pa以下。由此，可以进一步减少覆膜中的氧的量(例如，减少至0.010质量％以下)，并且可以进一步提高覆膜与基材之间的密着性。此外，在轰击步骤和成膜步骤中，腔室内的氧分压更优选地保持在1×10-15Pa以下。由此，可以进一步减少覆膜中的氧的量(例如，减少至0.005质量％以下)，并且可以进一步提高覆膜与基材之间的密着性。
[实施例]
下面将参考实施例更详细地描述本发明，但本发明不限于此。样品No.1至3、5和6的切削工具均包括上述覆膜。样品No.4和7的切削工具是比较例。
<样品No.1至3的切削工具的制造>
<<轰击步骤>>
将具有ISO标准中的CNGA120408形状的市售的cBN烧结体工具(由SumitomoElectric Industries,Ltd.制造的“BNX20”)放置于电弧离子镀型PVD装置的腔室内。cBN烧结体工具包含60体积％的cBN。此外，cBN烧结体工具包含TiN和Al作为结合剂。
在腔室和真空泵之间的管道中，放置气体净化装置(由TAIYO NIPPON SANSOCORPORATION制造的“Puremate 1100”)。气体净化装置是借助于使用催化剂和吸附剂的过滤器去除腔室内的氧气和水的装置。然后，通过操作真空泵和气体净化装置，将腔室抽真空，并进行等待直到腔室内的真空度达到10-4Pa以下，腔室内的氧分压达到A Pa，且腔室内的水分压达到B Pa为止。然后，将Ar气体引入腔室，在2Pa的气氛中向cBN烧结体工具施加-1000V的电压，以清洁cBN烧结体工具的表面。当腔室内的氧分压达到A Pa并且腔室内的水分压达到B Pa时，停止气体净化装置的净化功能，使得在清洁期间，腔室内的氧分压稳定在A Pa并且腔室内的水分压稳定在BPa。具体而言，除去气体净化装置的过滤器。
<<成膜步骤>>
接下来，将腔室的内部加热至500℃以排出Ar气体。然后，以300cm3/分钟的流速将作为反应气体的N2气体引入至腔室中，操作气体净化装置，并且进行等待直到腔室内的氧分压达到C Pa且腔室内的水分压达到D Pa为止。当腔室内的氧分压达到C Pa且腔室内的水分压达到D Pa时，停止气体净化装置的净化功能，以使腔室内的氧气分压保持在C Pa并且腔室的水分压保持在D Pa。然后，向cBN烧结体工具施加-35V的电压，通过真空电弧放电(电弧电流：100A)使由TiAl合金(Ti和Al的组成比为1:1)制成的靶蒸发并电离，以使N2气体与蒸发的气体反应，从而在cBN烧结体工具的表面上形成TiAlN的覆膜。
应该注意，使用由Canon ANELVA Corporation制造的“四极杆型质谱仪(Quadrupole Type Mass Spectrometer)”测量轰击步骤和成膜步骤中的氧分压和水分压。使用上述不同的气体分压A、B、C和D制造样品No.1至3的切削工具。
<样品No.4的切削工具的制造>
通过与样品No.1至3相同的方法制造样品No.4的切削工具，不同之处在于：不使用气体净化装置。即，在腔室内的氧分压和水分压高于样品No.1至3的腔室内的氧分压和水分压的条件下，制造样品No.4的切削工具。
<样品No.5和6的切削工具的制造>
<<轰击步骤>>
将与样品No.1至4相同的cBN烧结体工具放置于电弧离子镀型PVD装置的腔室内。分别使用不同的管道将真空泵和氧分压控制装置(由STLab Co.,Ltd.制造的“SiOC-200C”)连接至腔室。连接腔室和氧分压控制装置的管道设置有阀门。与上述气体净化装置相比，氧分压控制装置是能够将氧分压控制得更低的装置。然后，通过操作真空泵和氧分压控制装置，将腔室抽真空，并进行等待，直到腔室内的真空度达到10-4Pa以下，腔室内的氧分压达到A Pa，且腔室内的水分压达到B Pa为止。之后，将Ar气体引入腔室，并在2Pa的气氛中向cBN烧结体工具施加-1000V的电压，以清洁cBN烧结体工具的表面。当腔室内的氧分压达到A Pa并且腔室内的水分压达到B Pa时，关闭氧分压控制装置和腔室之间的阀门，使得在清洁期间，腔室内的氧分压稳定在A Pa并且腔室内的水分压稳定在B Pa。
<成膜步骤>>
接下来，将腔室的内部加热至500℃以排出Ar气体。然后，以300cm3/分钟的流速将作为反应气体的氮气引入腔室中，操作氧分压控制装置，并进行等待，直到腔室内的氧分压达到C Pa且腔室内的水分压达到D Pa为止。当腔室内的氧分压达到C Pa并且腔室内的水分压达到D Pa时，关闭氧分压控制装置和腔室之间的阀门，以使腔室内的氧分压保持在C Pa并且腔室内的水分压保持在D Pa。此后，向cBN烧结体工具施加-35V的电压，通过真空电弧放电(电弧电流：100A)使由AlCr合金(Al和Cr的组成比为1:1)制成的靶蒸发并电离，以使N2气体与蒸发的气体反应，从而在cBN烧结体工具的表面上形成AlCrN的覆膜。
应注意，使用由Canon ANELVA Corporation制造的“四极杆型质谱仪”测量轰击步骤和成膜步骤中的氧分压和水分压。使用上述不同的气体分压A、B、C和D制造样品No.5和6的切削工具。
<样品No.7的切削工具的制造>
通过与样品No.5和6相同的方法制造样品No.7的切削工具，不同之处在于：不使用氧分压控制装置。即，在腔室内的氧分压和水分压高于样品No.5和6的腔室内的氧分压和水分压的条件下，制造样品No.7的切削工具。
<膜厚度的测量方法>
使用扫描电子显微镜(由JEOL Ltd.制造的“JSM-7800F”)对样品No.1至7的各个切削工具中的断裂面进行成像，在切削刃附近中的五个位置处测量覆膜的厚度，并计算其平均值。
<覆膜中的氧的量的测量方法>
使用能量色散X射线分析仪(由AMETEK Co.,Ltd.制造的“Pegasus”)将X射线照射到覆膜的表面上，并测量覆膜中的氧的量的质量百分比。能量色散X射线分析仪在15eV的加速电压条件下进行测量。此外，在覆膜的表面中的五个位置处测量氧的量，并计算其平均值。
<切削试验方法>
根据下述切削条件，使用样品No.1至7的各个切削工具切削工件0.5秒，然后使切削工具与工件分离1秒，此为一个循环，将该循环重复640次(相当于切削距离为0.8km)。然后，使用扫描电子显微镜(JEOL Ltd.的“JSM-7800F”)对切削工具的后刀面进行反射电子图像的成像，并使用图像分析软件(由Mitani Corp.制造的“WinROOF”)对剥离区域的面积(以下称为剥离面积)进行计算。此外，重复上述循环，直至剥离面积超过5000μm2，并且计算当剥离面积达到5000μm2时获得的切削距离作为寿命距离。具体而言，在具有表示切削距离的横坐标轴和表示剥离面积的纵坐标轴的曲线图中，指定连接原点和剥离面积超过5000μm2的点的直线与显示5000μm2的剥离面积的直线之间的交叉点，并将指定的交叉点处的切削距离确定为寿命距离。
<<切削条件>>
工件：渗碳淬硬钢(SCM415H，硬度HRC 60)
切削速度：Vc＝150米/分钟
进给速度：f＝0.2mm/rev
切削：ap＝0.2mm
切削油：使用(湿态)。
<结果>
表1示出了对于样品No.1至7中的各个切削工具，轰击步骤中的氧分压A和水分压B、成膜步骤中的氧分压C和水分压D、覆膜的厚度、覆膜中的氧的量、切削距离为0.8km时的剥离面积和寿命距离的测量结果。
Figure BDA0001761147160000141
在样品No.1至3、5和6的切削工具中，确认切削距离为0.8km时的剥离面积被抑制到小于2000μm2，寿命距离为1.8km以上，因此覆膜具有优异的耐剥离性。据认为这是因为：由于各个轰击步骤和成膜步骤中的氧分压和水分压的总分压被限制至5×10-3Pa以下且覆膜中的氧的量为0.040质量％以下，所以提高了No.1至3、5和6的样品中的基材和覆膜之间的密着性。
相反，在样品No.4和7的切削工具中，由于在各个轰击步骤和成膜步骤中的氧分压和水分压的总分压超过5×10-3Pa，所以覆膜中的氧含量为0.050质量％以上。因此，确认基材和覆膜之间的密着性降低，并且寿命距离短至小于1.0km。
此外，在样品No.2、5和6中，各个轰击步骤和成膜步骤中的氧分压和水分压的总分压被限制至6×10-4Pa以下，且覆膜中的氧的量为0.010质量％以下。由此，确认基材与覆膜之间的密着力进一步提高，切削距离为0.8km时的剥离面积被抑制到小于350μm2，且寿命距离为2.5km以上。因此，确认各个轰击步骤和成膜步骤中的氧分压和水分压的总分压优选为6×10-4Pa以下，并且覆膜中的氧的量优选为0.010质量％以下。
特别是在样品No.5和6中，各个轰击步骤和成膜步骤中的氧分压被限制为低至1×10-15Pa以下，且覆膜中的氧的量为0.005质量％以下。由此，确认基材与覆膜之间的密着力进一步提高，切削距离为0.8km处的剥离面积被抑制到小于130μm2，且寿命距离为2.9km以上。因此，确认在各个轰击步骤和成膜步骤中的氧分压优选为1×10-15Pa以下，并且覆膜中的氧的量更优选为0.005质量％以下。
尽管上面已经描述了本发明的实施方案和实施例，但是最初旨在适当地组合上述实施方案和实施例的特征或者以各种方式修改这些特征。
应该理解的是，本文公开的实施方案和实施例在每个方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的范围限定，而不是由上述实施方案和实施例来限定，并且旨在包括在与权利要求的范围等同的范围和含义内的任何修改。
附图标记列表
10：切削工具；11：基材；12：覆膜。

Claims (6)

1.一种切削工具，包括：
基材；和
与所述基材接触并覆盖所述基材的覆膜，
所述基材是立方氮化硼烧结体，
所述覆膜是陶瓷，
所述覆膜中的氧的量为0.040质量％以下。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中所述覆膜中的氧的量为0.010质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的切削工具，其中
所述立方氮化硼烧结体由30体积％以上90体积％以下的立方氮化硼和余量的结合剂组成，
所述结合剂由选自如下化合物及其固溶体中的至少一者、Al和Al化合物中的至少一者以及不可避免的杂质组成，所述化合物由选自元素周期表第4族、5族和6族中的元素和Si中的至少一种元素，以及选自N、C、B和O中的至少一者组成，
所述覆膜的厚度为0.05μm以上5μm以下，并且
所述陶瓷包含至少一种这样的化合物，该化合物由选自元素周期表第4族、5族和6族元素、Al和Si中的至少一种元素，以及选自C和N中的至少一者组成。
4.一种制造切削工具的方法，包括：
第一步骤，将立方氮化硼烧结体基材放置在腔室内，将惰性气体离子照射到所述基材的表面上，从而清洁所述基材的表面；和
第二步骤，在所述第一步骤之后，使用物理气相沉积法在放置于所述腔室内的所述基材的表面上形成陶瓷覆膜，
所述第一步骤和所述第二步骤各自是在进行等待直到所述腔室内的氧分压和水分压的总分压达到5×10-3Pa以下之后进行的，在所述第一步骤和所述第二步骤的各步骤期间，所述腔室内的总分压保持在5×10-3Pa以下。
5.根据权利要求4所述的制造切削工具的方法，其中，所述第一步骤和所述第二步骤各自是在进行等待直到所述腔室内的氧分压和水分压的总分压达到6×10-4Pa以下之后进行的，并且在所述第一步骤和所述第二步骤的各步骤期间，所述腔室内的总分压保持在6×10-4Pa以下。
6.根据权利要求5所述的制造切削工具的方法，其中，所述第一步骤和所述第二步骤各自是在进行等待直到所述腔室内的氧分压达到1×10-15Pa以下之后进行的，并且在所述第一步骤和所述第二步骤的各步骤期间，所述腔室内的氧分压保持在1×10-15Pa以下。
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