CN109475945B - 被覆切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种被覆切削工具，其为具有基材、和设于基材上的被覆层的被覆切削工具，被覆层具有从基材侧朝向被覆层的表面侧依次层叠的上部层以及下部层，它们分别满足“在下部层中位于最靠近表面侧的TiCN粒子的{422}面的至少一个、与在上部层中位于最靠近基材侧且位于TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行，且TiCN粒子的{111}面的至少一个、与α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个大致平行”、“在下部层中位于最靠近表面侧的TiCN粒子的{111}面的至少一个、与在上部层中位于最靠近基材侧且位于TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行，且TiCN粒子的{422}面的至少一个、与α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个大致平行”的条件。

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
以往，已知将通过化学气相沉积法在由硬质合金形成的基材的表面以3～20μm的总膜厚蒸镀形成被覆层而得到的被覆切削工具用于钢或铸铁等的切削加工。作为被覆层，例如为由选自由Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物以及碳氮氧化物和氧化铝组成的群组中的一种的单层或两种以上的多层形成的被覆层。
在专利文献1中记载了一种切削工具，其特征在于具备硬质合金的基材、和形成于基材表面的具有由TiCN形成的内层和由α型Al2O3形成的外层的被覆层，TiCN的(311)面的晶向指数TC(311)的值为1.5以上3以下，α型氧化铝层的(104)面和(116)面的各晶向指数TCa(104)和TCa(116)各为1.3以上。
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-124672号公报
发明内容
在近年来的切削加工中，高速化、高进给化以及深进刀化日益显著，人们要求工具的耐缺损性以及耐磨性与以往相比进一步提高。尤其是，近年来，如钢的重切削、断续切削等的对切削刃施加较大冲击的切削加工逐渐增多，在如此苛刻的切削条件下，在以往的工具中被覆层无法完全承受较大的冲击，容易发生崩刃(chipping)或硬质被覆层的剥离。这成为诱因，从而存在因切削刃的缺损或异常磨损的发生等突发的工具损伤而导致无法延长工具寿命的问题。
根据这样的背景，如果仅如上述专利文献1所公开的工具般对TiCN的(311)面的晶体取向以及α型氧化铝层的(104)面和(116)面的各晶体取向进行控制，在施加较大冲击的切削条件下，耐崩刃性以及耐缺损性是不足的。
本发明是为了解决这些问题而完成的，其目的在于提供一种具有优异耐崩刃性、耐缺损性以及耐磨性，且工具寿命较长的被覆切削工具。
本发明人对被覆切削工具的工具寿命的延长进行了反复的研究，得到如下见解，即，如果着眼于TiCN的晶体取向和α型氧化铝层的晶体取向并形成以下结构，则能够提高耐崩刃性、耐缺损性以及耐磨性，其结果为可延长工具寿命，从而完成了本发明。
即，本发明如下。
(1)一种被覆切削工具，其为具有基材、与被设于上述基材上的被覆层的被覆切削工具，上述被覆层包含从上述基材侧朝向上述被覆层的表面侧依次层叠的、含有TiCN的下部层和含有α型Al2O3的上部层，上述下部层以及上述上部层包含满足下述条件(I)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子、和满足下述条件(II)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子。
条件(I)：在上述下部层中位于最靠近上述表面侧的TiCN粒子的{422}面的至少一个、与在上述上部层中位于最靠近上述基材侧且位于上述TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行，并且，上述TiCN粒子的{111}面的至少一个、与上述α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个大致平行。
条件(II)：在上述下部层中位于最靠近上述表面侧的TiCN粒子的{111}面的至少一个、与上述上部层中位于最靠近上述基材侧且位于上述TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行，并且，上述TiCN粒子的{422}面的至少一个、与上述α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个大致平行。
(2)如(1)所述的被覆切削工具，其中，相对于在上述下部层中位于最靠近上述表面侧的TiCN粒子和在上述上部层中位于最靠近基材侧的α型Al2O3粒子的总和，满足上述条件(I)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子、和满足上述条件(II)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子的总和的比例为50％以上100％以下。
(3)如(1)或(2)所述的被覆切削工具，其中，上述上部层的平均厚度为1μm以上15μm以下。
(4)如(1)～(3)中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述下部层的平均厚度为2μm以上20μm以下。
(5)如(1)～(4)中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述下部层和上述上部层之间包含中间层，上述中间层含有选自由Ti元素的碳化物、氮化物、氧化物、碳氧化物、氮氧化物以及碳氮氧化物组成的群组中的至少一种的化合物，上述中间层的平均厚度为0.1μm以上0.5μm以下。
(6)如(1)～(5)中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层的平均厚度为3μm以上30μm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一种。
根据本发明，可提供一种具有优异的耐崩刃性、耐缺损性以及耐磨性，且工具寿命较长的被覆切削工具。
附图说明
[图1]为用于说明式(1)～(3)的一个例子的模式剖视图。
具体实施方式
下面，对用于实施本发明的方式(以下，简称“本实施方式”。)进行详细说明，但本发明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进行各种各样的变形。
<被覆切削工具>
本实施方式的被覆切削工具具有基材和被设于该基材上的被覆层。作为被覆切削工具的种类，具体而言，可列举用于铣削加工或车削加工的刀头更换型切削刀片、钻头以及立铣刀。
<基材>
本实施方式中的基材只要能用作被覆切削工具的基材，就没有特别的限定。作为基材，例如，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、高速钢。在它们当中，如果基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体中的任一种，则耐磨性以及耐缺损性更加优异，故优选。
应予说明，基材也可为其表面经过改性的基材。例如，当基材由硬质合金构成时，也可在其表面形成脱β层。例如，当基材由金属陶瓷构成时，也可在其表面形成硬化层。即使像上述般对基材的表面进行改性，也可发挥本发明的作用效果。
<被覆层>
本实施方式中的被覆层的平均厚度优选为3μm以上30μm以下。如果平均厚度为3μm以上，则耐磨性趋于进一步提高，如果为30μm以下，则被覆层的与基材的粘着性以及耐缺损性趋于进一步提高。从相同的观点出发，被覆层的平均厚度进一步优选为3μm以上20μm以下。应予说明，对于本实施方式的被覆切削工具中的各层的平均厚度，可通过从三处以上的剖面对各层的厚度以及被覆层整体的厚度进行测定，并计算其平均值而求得。
本实施方式中的被覆层包含从基材侧朝向被覆层的表面侧依次层叠的、含有TiCN(碳氮化钛)的下部层和含有α型Al2O3的上部层。本实施方式中的下部层以及上部层包含满足下述条件(I)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子、和满足下述条件(II)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子。在条件(I)中，在下部层中位于最靠近上述表面侧(以下，也将被覆层的表面称为“上述表面”)的TiCN粒子的{422}面的至少一个、与在上部层中位于最靠近基材侧且位于上述TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个为大致平行的关系，且，上述TiCN粒子的{111}面的至少一个、与上述α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个为大致平行的关系。如果满足这样的条件(I)，则主要是不会降低被覆切削工具的耐磨性，且下部层与上部层之间的粘着性提高。其结果为，被覆切削工具的耐崩刃性以及耐缺损性提高。应予说明，在本说明书中，“位于TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子”在下部层与上部层直接接触的情况下指与TiCN粒子直接接触的α型Al2O3粒子，在下部层与上部层之间存在后述的中间层(粘着层)的情况下指相对于TiCN粒子，存在于这些层的层叠方向且与中间层(粘着层)直接接触的α型Al2O3粒子。
进而，在条件(II)中，在下部层中位于最靠近上述表面侧的TiCN粒子的{111}面的至少一个、与在上部层中位于最靠近基材侧且位于上述TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行，且，上述TiCN粒子的{422}面的至少一个、与上述α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个为大致平行的关系。如果满足这样的条件(II)，则主要是能够得到下部层与上部层之间的更加牢固的粘着性。其结果为，如果被覆层包含满足条件(II)的粒子，则由于能够抑制该粒子周围的上部层中的粒子的脱落，因此耐崩刃性以及耐缺损性提高。因此，被覆层如果包含上述满足条件(I)的粒子和满足条件(II)的粒子，则不会降低耐磨性而提高耐崩刃性以及耐缺损性。
此外，如果下述式(1)表示的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的数量的比例RC为50％以上100％以下，则耐磨性、耐崩刃性以及耐缺损性更加优异，故优选。进而，特别是从提高下部层与上部层之间的粘着性而提高耐崩刃性以及耐缺损性的观点出发，下述式(2)表示的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的数量的比例RC1优选为1％以上。此外，特别是从抑制上部层中的粒子的脱落而提高耐崩刃性以及耐缺损性的观点出发，下述式(3)表示的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的数量的比例RC2优选为1％以上。在此，关于TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的数量(以下，称为“组数”)，例如，对于某个TiCN粒子，当存在2个成为判断是否满足条件(I)以及条件(II)的对象的α型Al2O3粒子时，其组数为2。此外，例如，对于某个α型Al2O3粒子，当存在2个成为判断是否满足条件(I)以及条件(II)的对象的TiCN粒子时，其组数也为2。
RC＝(R1+R2)/RS×100 (1)
RC1＝R1/RS×100 (2)
RC2＝R2/RS×100 (3)
在此，各式中，RS表示在下部层中位于最靠近上述表面侧的TiCN粒子、和在上部层中位于最靠近基材侧的α型Al2O3粒子中相对于上述TiCN粒子而成为判断是否满足条件(I)以及条件(II)的对象的α型Al2O3粒子的组合的总数量，R1表示其中满足条件(I)的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的总数量，R2表示其中满足条件(II)的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的总数量。RS为R1、R2、和不满足条件(I)以及条件(II)中的任一个条件的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的总数量的合计数。
应予说明，在本说明书中，作为“粒子”，采用在通过电子背散射衍射装置(EBSD)进行评价的情况下取向差为5°以上的组织边界所包围的区域。此外，在本实施方式的下部层中位于最靠近上述表面侧的TiCN粒子是指，作为有效的晶粒，设为从上述表面侧开始、在通过EBSD进行评价的情况下取向差为5°以上的组织边界所包围的区域。此外，在本实施方式的上部层中位于最靠近基材侧的α型Al2O3粒子是指，作为有效的晶粒，设为从基材侧开始、在通过EBSD进行评价的情况下取向差为5°以上的组织边界所包围的区域。
在本实施方式的被覆层中，下部层的位于最靠近上述表面侧的粒子的晶面、和上部层的位于最靠近基材侧且位于上述粒子的正上方的粒子的晶面的关系，可以通过使用市售的扫描电子显微镜(SEM)、或透射电子显微镜(TEM)附带的EBSD测定的极图(polefigure)以及EBSD图(map)来求得。
更具体而言，可按照如下方式而求得。首先，沿与基材的表面正交或大致正交的方向对被覆切削工具进行镜面研磨，使其剖面组织面露出。作为使被覆切削工具的剖面组织面露出的方法，可列举使用金刚石研磨膏或胶态二氧化硅(colloidal silica)进行研磨的方法、或离子铣削等。将露出被覆切削工具的剖面组织面的试样置于FE-SEM，以70度的入射角度、15kV的加速电压以及0.5nA的照射电流的条件对试样照射电子束。最好对与基材的表面平行的方向的50μm的测定范围，以0.1μm步长(step size)的EBSD设定进行测定。粒子为取向差为5°以上的组织边界所包围的区域。此时，测定在包含下部层和上部层的视野中进行。由得到的晶体取向的信息，作出{111}面、{422}面、{222}面以及{10-1}面的极图，根据需要使用EBSD进行分析。应予说明，根据表示晶面的轴的放置方式，上部层中的α型Al2O3的{222}面可表示为{006}面。同样地，{10-1}面可表示{110}面。此外，“{422}面的至少一个”是指与{422}面等价的晶面中的至少一个晶面，具体而言，是指选自由(422)面、(-422)面、(4-22)面、以及(42-2)面组成的群组中的至少一个。同样地，“{006}面的至少一个”是指与{006}面等价的晶面中的至少一个晶面，“{111}面的至少一个”是指与{111}面等价的晶面中的至少一个晶面，“{110}面的至少一个”是指与{110}面等价的晶面中的至少一个晶面。
在本说明书中，两个晶面为“大致平行”是指两个晶面的法线为大致平行，在两个晶面的极图中，在表示法线的标记(plot)彼此存在于同一位置的情况下，可以说两个晶面为“大致平行”。应予说明，“大致平行”的范围为上述两个晶面的法线形成的角度为±5°以内。
此外，上述式(1)～(3)中的R1、R2以及RS可从如下各组合中导出，该各组合为在利用EBSD进行测定的、任意的与基材的表面平行的方向的50μm的测定范围内，在将步长设为0.1μm时的各测定点处得到的上述各组合。
图1为用于说明上述式(1)～(3)的一个例子的模式剖视图，其表示下部层和上部层直接接触的区域的一部分，在下部层侧存在TiCN粒子，在上部层侧存在α型Al2O3粒子。图中的箭头的总数(图1中为8个)相当于RS，实线的箭头的总数(图1中为4个)相当于R1，虚线的箭头总数(图1中为3个)相当于R2，点划线的箭头的总数(图1中为1个)相当于不满足条件(I)以及条件(II)中的任一个条件的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的总数。在图1中，式(1)中的RC为87.5％，式(2)中的RC1为50％，式(3)中的RC2为37.5％。
从更加有效且可靠地实现本发明的效果的观点出发，下部层中的TiCN的含量相对于下部层的总量，优选为95质量％以上，更优选为98质量％以上，进一步优选为99质量％以上，最优选下部层由TiCN形成。此外，从相同的观点出发，上部层中的α型Al2O3的含量相对于上部层的总量，优选为95质量％以上，更优选为98质量％以上，进一步优选为99质量％以上，最优选上部层由α型Al2O3形成。在下部层以及上部层也可包含不可避免的杂质，在不阻碍本发明的作用效果的范围内，也可包含TiCN以及α型Al2O3以外的物质(例如，Cl以及S等元素)。
本实施方式的上部层的平均厚度优选为1μm以上15μm以下。如果上部层的平均厚度为1μm以上，则被覆切削工具的前刀面中的耐月牙洼磨损性趋于进一步提高，如果为15μm以下，则将进一步抑制剥离，耐缺损性趋于进一步提高。从相同的观点出发，上部层的平均厚度更优选为3μm以上12μm以下。
在本实施方式的被覆层中，通过在基材与上部层之间具有下部层，从而提高耐磨性。下部层的平均厚度优选为2μm以上20μm以下。如果下部层的平均厚度为2μm以上，则耐磨性趋于提高，如果为20μm以下，则将进一步抑制剥离，耐缺损性趋于进一步提高。从相同的观点出发，下部层的平均厚度更优选为5μm以上15μm以下。
<粘着层>
本实施方式的被覆层如果包含粘着层，而该粘着层含有由Ti元素、和选自C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素构成的化合物，则隔着该粘着层的两层间的粘着性进一步提高，故优选。粘着层可作为最下层而被设于基材与下部层之间，也可作为中间层而被设于下部层与上部层之间。在粘着层可包含选自由Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al以及Si组成的群组中的至少一种元素作为任意成分。粘着层的平均厚度优选为0.1μm以上0.5μm以下。如果粘着层的平均厚度为0.1μm以上，则粘着层形成更加均匀的组织，粘着性趋于进一步提高。另一方面，如果粘着层的平均厚度为0.5μm以下，则能够进一步抑制粘着层成为剥离的起点，因而耐缺损性趋于进一步提高。此外，粘着层中的上述化合物的含量相对于粘着层的总量，优选为95质量％以上，更优选为98质量％以上，进一步优选为99质量％以上，最优选粘着层由上述化合物构成。
本实施方式的被覆层如果包含中间层，而该中间层含有选自由Ti元素的碳化物、氮化物、氧化物、碳氧化物、氮氧化物以及碳氮氧化物组成的群组中的至少一种化合物，则从进一步提高下部层与上部层之间的粘着性的观点来看为优选。此外，中间层的平均厚度优选为0.1μm以上0.5μm以下。中间层的平均厚度如果为0.1μm以上，则中间层形成为更加均匀的组织，粘着性趋于进一步提高。另一方面，如果中间层的平均厚度为0.5μm以下，则由于将抑制比例RC的减少，耐缺损性趋于进一步提高。
作为构成本发明的被覆切削工具中的被覆层的各层的形成方法，例如可列举以下的方法。但是，各层的形成方法不限定于此。
例如，可用作粘着层或中间层的由TiN形成的层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为TiCl4：5.0～10.0mol％、N2：20～60mol％、H2：剩余部分，将温度设为850～920℃，将压力设为100～400hPa。
可用作粘着层或中间层的由TiC形成的层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为TiCl4：1.0～3.0mol％、CH4：4.0～6.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为990～1030℃，将压力设为50～100hPa。
可用作粘着层的由TiAlCNO形成的层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为TiCl4：3.0～5.0mol％、AlCl3：1.0～2.0mol％、CO：0.4～1.0mol％、N2：30～40mol％、H2：剩余部分，将温度设为975～1025℃，将压力设为90～110hPa。
可用作粘着层的由TiAlCO形成的层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为TiCl4：0.5～1.5mol％、AlCl3：3.0～5.0mol％、CO：2.0～4.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为975～1025℃，将压力设为60～100hPa。
可用作粘着层或中间层的由TiCNO形成的层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为TiCl4：3.0～5.0mol％、CO：0.4～1.0mol％、N2：30～40mol％、H2：剩余部分，将温度设为975～1025℃，将压力设为90～110hPa。
可用作粘着层或中间层的由TiCO形成的层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为TiCl4：0.5～1.5mol％、CO：2.0～4.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为975～1025℃，将压力设为60～100hPa。
在本实施方式中，对下部层中的TiCN粒子和上部层中的α型Al2O3粒子的各取向关系进行了控制以满足条件(I)以及条件(II)的被覆切削工具例如可通过以下方法得到。
首先，在基材或粘着层的表面形成作为下部层的一部分的下部第1层。下部第1层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为TiCl4：10～15mol％、CH3CN：1～3mol％、N2：0～20mol％、H2：剩余部分，将温度设为850～920℃，将压力设为60～80hPa。
接着，在下部第1层的表面形成作为下部层的另一部分的下部第2层。下部第2层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为TiCl4：1～5mol％、CH3CN：0～1mol％、CH4：1～4mol％、N2：0～5mol％、H2：剩余部分，将温度设为920～970℃，将压力设为100～150hPa。
接着，根据需要在下部第2层的表面以如上方式形成中间层后，在下部第2层或中间层的表面形成作为上部层的一部分的α型Al2O3的核。α型Al2O3的核可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为AlCl3：1.0～4.0mol％、CO2：1.0～3.0mol％、CO：0～2.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H2S：0～0.1mol％、H2：剩余部分，将温度设为920～950℃，将压力设为60～80hPa。
然后，在下部第2层或中间层以及α型Al2O3的核的表面，形成作为上部层的另一部分的α型Al2O3。α型Al2O3可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料气体组成设为AlCl3：2.0～5.0mol％、CO2：2.5～4.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H2S：0.15～0.25mol％、H2：剩余部分，将温度设为950～1000℃，将压力设为60～80hPa。
如果以上述方式形成下部第1层、下部第2层、任意的中间层、以及构成上部层的另一部分的α型Al2O3，则能够满足条件(I)。此外，如果以上述方式形成下部第1层、下部第2层、任意的中间层、α型Al2O3的核、以及构成上部层的另一部分的α型Al2O3，则能够满足条件(I)以及条件(II)这两方。因此，例如，通过改变形成α型Al2O3的核的时间，能够对满足条件(I)的关系的各粒子和满足条件(II)的关系的各粒子的比例进行控制。例如，形成α型Al2O3的核的时间也可为3分钟～15分钟。
本实施方式的被覆切削工具的被覆层中的各层的厚度可通过使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等从被覆切削工具的剖面组织进行测定。应予说明，本实施方式的被覆切削工具中的各层的平均厚度也可为，在从刀头朝向被覆切削工具的前刀面的中心部50μm的位置附近，测定三处以上的各层的厚度，求出其平均值。此外，各层的组成可通过使用能量分散型X射线光谱仪(EDS)或波长分散型X射线光谱仪(WDS)等从本实施方式的被覆切削工具的剖面组织来进行测定。
实施例
下面，列举实施例进一步详细地对本发明进行说明，但本发明并不限于这些实施例。
以如下方式求出试样的各层的厚度。即，使用FE-SEM，对从被覆切削工具的刀头朝向前刀面的中心部50μm的位置附近的剖面的三处的厚度进行测定，以其平均值作为平均厚度而求得。
对于得到的试样的下部层中的TiCN粒子、以及上部层中的α型Al2O3粒子的各取向差的相关信息，使用FE-SEM附带的EBSD求得。
作为基材，准备具有JIS标准CNMA120408形状，并具有93.1WC-6.5Co-0.4Cr3C2(以上为质量％)的组成的硬质合金制的切削刀片。通过SiC刷对该基材的切削刃棱线部实施圆角珩磨后，清洗基材的表面。
清洗基材的表面后，通过化学气相沉积法形成被覆层。对于发明品1～11，首先，将基材装入外热式化学气相沉积装置，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在基材的表面以表2所示的平均厚度形成表2所示的最下层。接着，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在最下层的表面以表2所示的平均厚度形成具有表4所示的下部第1层和下部第2层的下部层。接着，对于发明品1～3、发明品5～11，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在下部层的表面以表2所示的平均厚度形成表2所示的中间层。另一方面，对于发明品4，未形成中间层。接着，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在中间层(发明品4为下部层)的表面以表4所示的形成时间形成表4所示的α型Al2O3的核(上部层的一部分)。进而，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在下部层或中间层以及α型Al2O3的核的表面形成表4所示的其他α型Al2O3(上部层的另一部分)，以使上部层形成为表2所示的平均厚度。如此，得到发明品1～11的被覆切削工具。
另一方面，对于比较品1～10，首先，将基材装入外热式化学气相沉积装置，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在基材的表面以表3所示的平均厚度形成表3所示的最下层。接着，对于比较品1、2、5～7以及9，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在最下层的表面以表2所示的平均厚度形成具有表5所示的下部第1层和下部第2层的下部层。另一方面，对于比较品3、4、8以及10，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在最下层的表面以表2所示的平均厚度形成表5所示的下部层。接着，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在下部层的表面以表3所示的平均厚度形成表3所示的中间层。接着，对于比较品1、2以及9，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在中间层的表面以表5所示的形成时间形成表5所示的α型Al2O3的核(上部层的一部分)。此外，对于比较品5～7，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在中间层的表面以表3所示的平均厚度形成表5所示的α型Al2O3(上部层)。然后，对于比较品1～4以及8～10，在表1所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在它们的表面以表3所示的平均厚度形成表5所示的α型Al2O3(上部层的一部分)。如此，得到比较品1～10的被覆切削工具。
[表1]
Figure GDA0002391511780000121
[表2]
Figure GDA0002391511780000122
[表3]
Figure GDA0002391511780000131
[表4]
Figure GDA0002391511780000132
[表5]
Figure GDA0002391511780000141
沿与各层的层叠方向正交的方向对得到的被覆切削工具进行镜面研磨，使其剖面组织露出。通过FE-SEM观察上部层的剖面组织面，使用FE-SEM附带的EBSD，由各取向差中的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子的信息，求得下述(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)以及(g)的事项。将其结果表示于表6。
(a)是否包含使在下部层中位于最靠近被覆层的表面侧的TiCN粒子的{422}面的至少一个、与在上部层中位于最靠近基材侧且位于TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行的上述TiCN粒子以及α型Al2O3粒子。
(b)是否包含使在下部层中位于最靠近被覆层的表面侧的TiCN粒子的{111}面的至少一个、与在上部层中位于最靠近基材侧且位于TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个大致平行的上述TiCN粒子以及α型Al2O3粒子。
(c)是否包含使在下部层中位于最靠近被覆层的表面侧的TiCN粒子的{111}面的至少一个、与在上部层中位于最靠近基材侧且位于TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行的上述TiCN粒子以及α型Al2O3粒子。
(d)是否包含使在下部层中位于最靠近被覆层的表面侧的TiCN粒子的{422}面的至少一个、与在上部层中位于最靠近基材侧且位于TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个大致平行的上述TiCN粒子以及α型Al2O3粒子。
(e)上述式(2)表示的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的数量的比例RC1(％)
(f)上述式(3)表示的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的数量的比例RC2(％)
(g)上述式(1)表示的TiCN粒子和α型Al2O3粒子的组合的数量的比例RC(上述(e)和(f)的总量)(％)
测定是通过将已露出下部层以及上部层的剖面组织面的试样置于FE-SEM，以70度的入射角度、15kV的加速电压以及0.5nA的照射电流对该剖面组织面进行电子束照射，对测定范围为30μm×50μm的任意的范围以0.1μm步长的EBSD设定而进行。将取向差5°以上的组织边界所围成的区域作为“粒子”，来特别指定TiCN粒子以及α型Al2O3粒子。测定点的总数为105。
[表6]
试样编号 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
发明品1 包含 包含 包含 包含 42 15 57
发明品2 包含 包含 包含 包含 60 5 65
发明品3 包含 包含 包含 包含 52 23 75
发明品4 包含 包含 包含 包含 8 75 83
发明品5 包含 包含 包含 包含 5 87 92
发明品6 包含 包含 包含 包含 18 45 63
发明品7 包含 包含 包含 包含 7 68 75
发明品8 包含 包含 包含 包含 37 27 63
发明品9 包含 包含 包含 包含 27 45 72
发明品10 包含 包含 包含 包含 13 48 62
发明品11 包含 包含 包含 包含 24 22 62
比较品1 不包含 不包含 包含 包含 0 37 37
比较品2 不包含 不包含 包含 包含 0 30 30
比较品3 不包含 不包含 不包含 不包含 0 0 0
比较品4 不包含 不包含 不包含 不包含 0 0 0
比较品5 包含 包含 不包含 不包含 42 0 42
比较品6 包含 包含 不包含 不包含 25 0 25
比较品7 包含 包含 不包含 不包含 8 0 8
比较品8 不包含 不包含 不包含 不包含 0 0 0
比较品9 不包含 不包含 包含 包含 0 18 18
比较品10 不包含 不包含 不包含 不包含 0 0 0
使用得到的试样进行切削试验1以及切削试验2。切削试验1为评价耐磨性的试验，切削试验2为评价耐缺损性的试验。将各切削试验的结果示于表7。
[切削试验1：耐磨性试验]
被切削材料：S45C的圆棒
切削速度：300m/min
进给量：0.30mm/rev
切削深度：2.0mm
冷却剂：有
评价项目：将试样发生缺损、或最大后刀面磨损宽度达到0.2mm时作为工作寿命，测定直至工作寿命为止的加工时间。对于此时的损伤形态，将缺损的情况评价为“缺损”，将最大后刀面磨损宽度达到0.2mm的情况评价为“正常磨损”。
[切削试验2：耐缺损性试验]
被切削材料：在长度方向上等间距地开有2条槽的SCM415圆棒
切削速度：250m/min
进给量：0.40mm/rev
切削深度：1.5mm
冷却剂：有
评价项目：将试样发生缺损时作为工作寿命，测定直至工作寿命为止的冲击次数。冲击次数设为试样与被切削材料接触的次数，在接触次数最大达到20000次时结束试验。应予说明，对于各试样，准备5个刀片，分别测定冲击次数，由它们的冲击次数的值求出平均值，作为工具寿命。
[表7]
Figure GDA0002391511780000171
如表7所示，在发明品中，不会降低耐崩刃性以及耐缺损性而提高耐磨性。由于发明品与比较品相比，到达工具寿命为止的加工时间长，冲击次数较多，因此可知工具寿命大幅地延长。
本申请基于2016年7月1日提出的日本专利申请(专利申请2016-131717)，其内容在此作为参考而并入。
产业上的可利用性
本发明的被覆切削工具不会使耐崩刃性以及耐缺损性下降，且耐磨性优异，与以往相比能够延长工具寿命，因此，作为需要这种特性的被覆切削工具，在产业上具有可利用性。

Claims (8)

1.一种被覆切削工具，其为具有基材、和设于所述基材上的被覆层的被覆切削工具，其中，
所述被覆层包含从所述基材侧朝向所述被覆层的表面侧依次层叠的、含有TiCN的下部层、和含有α型Al2O3的上部层，
所述下部层以及所述上部层包含满足下述条件(I)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子、和满足下述条件(II)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子，
条件(I)：在所述下部层中位于最靠近所述表面侧的TiCN粒子的{422}面的至少一个、与在所述上部层中位于最靠近所述基材侧且位于所述TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行，并且，所述TiCN粒子的{111}面的至少一个、与所述α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个大致平行；
条件(II)：在所述下部层中位于最靠近所述表面侧的TiCN粒子的{111}面的至少一个、与在所述上部层中位于最靠近所述基材侧且位于所述TiCN粒子的正上方的α型Al2O3粒子的{006}面的至少一个大致平行，并且，所述TiCN粒子的{422}面的至少一个、与所述α型Al2O3粒子的{110}面的至少一个大致平行。
2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，
相对于在所述下部层中位于最靠近所述表面侧的TiCN粒子和在所述上部层中位于最靠近所述基材侧的α型Al2O3粒子的总和，满足所述条件(I)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子、和满足所述条件(II)的TiCN粒子以及α型Al2O3粒子的总和的比例为50％以上100％以下。
3.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，
所述上部层的平均厚度为1μm以上15μm以下。
4.如权利要求2所述的被覆切削工具，其中，
所述上部层的平均厚度为1μm以上15μm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，
所述下部层的平均厚度为2μm以上20μm以下。
6.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述下部层和所述上部层之间包含中间层，所述中间层含有选自由Ti元素的碳化物、氮化物、氧化物、碳氧化物、氮氧化物以及碳氮氧化物组成的群组中的至少一种化合物，所述中间层的平均厚度为0.1μm以上0.5μm以下。
7.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层的平均厚度为3μm以上30μm以下。
8.如权利要求1～4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一种。
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