CN109641285B - 表面被覆切削工具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在设置有基材和形成在基材上的覆膜的表面被覆切削工具中，基材是硬质合金或金属陶瓷，并且基材的表面包括前刀面、后刀面和连接所述前刀面与所述后刀面的切削刃。在所述基材中，在距离切削刃0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。所述覆膜包括硬质层，并且所述硬质层的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。

Description

表面被覆切削工具及其制造方法
技术领域
本发明涉及表面被覆切削工具以及制造表面被覆切削工具的方法。本申请要求于2016年8月25日提交的日本专利申请No.2016-164781的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
已经研究了通过提高诸如耐磨性和耐断裂性之类的工具特性来延长切削工具的使用寿命。例如，日本专利特开No.2013-244549(专利文献1)公开了一种表面被覆切削工具，其具有形成在基材的表面上的覆膜。可以在基材上形成覆膜，以进一步提高切削工具的特性。日本专利特开No.6-079502(专利文献2)公开了一种通过对基材上的覆膜进行后处理而赋予覆膜压缩应力的方法。据认为可以赋予压缩应力以提高覆膜的韧性并因此提高切削工具的耐断裂性。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利特开No.2013-244549
专利文献2：日本专利特开No.6-079502
发明内容
根据本公开的方面的表面被覆切削工具是包括基材和形成在该基材上的覆膜的表面被覆切削工具。所述基材是硬质合金或金属陶瓷。所述基材的表面包括前刀面、后刀面和连接前刀面与后刀面的切削刃面。所述基材在距离所述切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。所述覆膜包括硬质层。所述硬质层中的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。
根据本公开的方面的制造表面被覆切削工具的方法是制造上述表面被覆切削工具的方法。该方法包括：准备基材前体；通过对基材前体的表面进行机械加工来制作基材；在基材上形成包括硬质层的覆膜；和赋予覆膜压缩应力。所述机械加工是以下处理中的一种：交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理；或进行干磨的第三研磨处理。
附图说明
图1是示出表面被覆切削工具的例子的立体图。
图2是按照图1中箭头所示方向看到的沿X-X线的截面图。
图3仅示出了图2中所示的切削工具的截面中的基材。
图4是图3的局部放大图。
图5示出了切削刃面的不同形状。
图6示出了切削刃面的另一不同形状。
图7示出了切削刃面的又另一不同形状。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
关于上述方法，预期所赋予的压缩应力越大，进一步提高耐断裂性，因此表面被覆切削工具的使用寿命越长。然而，在许多情况下，经过后处理的表面被覆切削工具不能实现可预期的长使用寿命。
鉴于上述情况，本公开的目的是提供一种具有延长使用寿命的表面被覆切削工具以及制造表面被覆切削工具的方法。
[本公开的有益效果]
根据前述内容，提供了一种具有延长使用寿命的表面被覆切削工具和制造表面被覆切削工具的方法。
[实施方案的说明]
首先，基于以下列出的特征对本发明进行描述。如本文使用的表述“A至B”旨在限定某个范围的上限和下限(即，A以上B以下)。对于A后没跟有单位符号而只有B后跟有单位符号的“A至B”，A的单位与B的单位相同。
[1]根据本公开的方面的表面被覆切削工具是包括基材和形成在该基材上的覆膜的表面被覆切削工具。所述基材是硬质合金或金属陶瓷。所述基材的表面包括前刀面、后刀面和连接前刀面与后刀面的切削刃面。所述基材在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。所述覆膜包括硬质层。所述硬质层中的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。
通过本发明的发明人进行的研究，已经发现包括赋予大压缩应力的硬质层的覆膜可能从基材上脱落，因此预期的寿命延长很难从所赋予的压缩应力中获得。此外，本发明人进行了详细的研究，以最终发现进入基材的切削刃面附近中的非预期的氧原子导致基材和覆膜之间的密着性降低。
与常规切削工具相比，在本公开的表面被覆切削工具中，切削刃面附近的氧原子浓度被控制为较低。具体而言，基材在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。因此，与常规切削工具相比，基材和覆膜之间的密着性增加。因此，与常规切削工具相比，即使当对覆膜中包括的硬质层施加大的压缩应力时，也可以抑制覆膜的脱落。如上所述，关于上述表面被覆切削工具，在通过赋予压缩应力可以提高耐磨性的同时，可以抑制由于覆膜的脱落引起的耐断裂性的劣化，因此可以延长使用寿命。
[2]所述表面被覆切削工具的基材在距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度为10原子％以下。该表面被覆切削工具在基材和覆膜之间的密着性方面更加优异。
[3]所述表面被覆切削工具的最上层的压缩应力的绝对值为3.5GPa以上。因此，进一步提高切削工具的耐磨性。
[4]所述表面被覆切削工具的硬质层是由以下元素制成的化合物层：选自由元素周期表中的第IV族元素、第V族元素和第VI族元素、Al和Si构成的组中的至少一种第一元素；和选自由B、C、N和O构成的组中的至少一种第二元素。这种化合物层适合于提高切削工具的特性。
[5]所述表面被覆切削工具的最上层是由含有Al的氧化物(Al氧化物)制成的层。在这种情况下，与常规切削工具相比，可以产生显著高的有利效果。
[6]所述表面被覆切削工具的基材的切削刃面的应变为0.07以下。因此，提高了覆膜的耐剥离性。
[7]根据本公开的方面的制造表面被覆切削工具的方法是制造上述表面被覆切削工具的方法。该方法包括：准备基材前体；通过对基材前体的表面进行机械加工来制作基材；在基材上形成覆膜；和赋予覆膜压缩应力。所述机械加工是以下处理中的一种：交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理；或进行干磨的第三研磨处理。因此，可以制造具有延长的使用寿命的表面被覆切削工具。
[本发明的实施方案的详述]
本发明人以各种角度观察了通过后处理赋予压缩应力的表面被覆切削工具。作为结果，已经发现，在具有赋予大的压缩应力的覆膜的表面被覆切削工具中，覆膜更可能部分地脱落。
本发明人认为有必要通过提高覆膜和基材之间的密着力来抑制覆膜的脱落。然而，已经采取许多方法来提高覆膜和基材之间的密着力。然后，本发明人认为常规方法不能充分抑制覆膜的脱落。
鉴于上述情况，对于覆膜已经脱落的表面被覆切削工具，除了常规的纳米级观察之外，本发明人还进行了原子级观察。具体而言，除了扫描电子显微镜之外，本发明人还使用X射线光电子能谱(XPS)来观察表面被覆切削工具。作为结果，本发明人发现非预期的氧原子已进入表面被覆切削工具的基材，并且基材中高浓度的氧原子的存在使得覆膜可能从基材上脱落。
在表面被覆切削工具中，在相对苛刻的环境中在基材的表面上形成覆膜。因此，最初假设在基材上形成覆膜的步骤将氧原子供应到基材中。然而，在形成覆膜之前，氧原子也已经进入了切削工具。因此否定了上述假设。
然后，本发明人关注于对基材前体进行的机械加工。“基材前体”是通过将基材前体的表面斜削以形成切削刃而被机械加工成“基材”的材料。换句话说，该机械加工是对诸如烧结体之类的基材前体进行的处理，使得基材前体具有用于切削工具的基材的性质。关于对硬质基材前体进行机械加工，在工业上进行高进给高切削深度湿磨，以抑制机械加工过程中的发热或提高机械加工质量。本发明人发现用于这种湿磨的水是氧原子的来源。
随后，本发明人进一步研究了根据机械加工方法的不同，氧原子进入基材的方式的差异。本发明人采用了与常规方法不同的机械加工方法，以成功地抑制氧原子的进入。已经以这种方式完成了本发明。
以下将对本发明的实施方案(以下也称为“本实施方案”)进行描述。然而，本实施方案并不限于本文中描述的那些。在用于以下实施方案的说明的附图中，相同的参考符号表示相同的部件或相应的部件。本文中通过化学式表示的化合物等在原子比没有特别限制的情况下包括具有任何所有常规已知原子比的化合物，并且该化合物不必限于具有化学计量比的化合物。例如，关于表达式“TiAlN”，构成TiAlN的元素之间的原子数比并非限制为Ti:Al:N＝0.5:0.5:1，而是包括所有常规已知的原子比。
<表面被覆切削工具>
本实施方案的表面被覆切削工具(在下文中也简称为“切削工具”)包括基材和形成在基材上的覆膜。例如，切削工具的形状和用途不受特别限制。本实施方案的切削工具可以(例如)为钻头、端铣刀、钻头用可转位刀片、端铣刀用可转位刀片、铣削用可转位刀片、车削用可转位刀片、金属切割锯、齿轮切削工具、铰刀或丝锥等。
图1是示出切削工具的例子的立体图，以及图2是按照图1中箭头所示方向看到的沿X-X线的截面图。
切削工具10的表面包括上表面、下表面和四个侧表面。切削工具10的整体形状是四棱柱形，该四棱柱形的顶部至底部的厚度是稍微薄的。在切削工具10中，形成了延伸穿过上表面和下表面的通孔。沿着四个侧表面的每个边界，弧形表面将侧表面连接到其相邻的侧表面。
关于切削工具10，上表面和下表面各自形成前刀面，四个侧表面(以及连接它们的弧形表面)各自形成后刀面，以及连接前刀面至后刀面的弧形表面形成切削刃面。具有这种形状的切削工具用作车削用可转位刀片。
切削工具10包括基材1和形成在基材1上的覆膜2。覆膜2可以形成在基材1的表面的一部分(例如切削刃面)上或形成在基材1的整个表面上。
《基材》
基材是硬质合金或金属陶瓷。硬质合金可以是WC基硬质合金(也包括含有WC和Co的硬质合金，或者含有WC和Co以及另外的Ti、Ta、Nb等的碳氮化物的硬质合金)。金属陶瓷可以是含有TiC、TiN、TiCN等作为主要成分的金属陶瓷。特别地，金属陶瓷优选是TiCN基金属陶瓷。
基材具有表面。该表面包括前刀面、后刀面和连接前刀面和后刀面的切削刃面。切削刃面是形成切削工具的切削刃的表面。如下面参照图3至5所述的，根据基材的形状确定基材的哪个区域形成切削刃面。
图3仅示出了图2中所示的切削工具的截面中的基材。为了便于描述基材1的形状，覆膜未在图3中示出。
至于基材1，上表面和下表面各自形成前刀面1a，四个侧表面(和连接它们的弧形表面)各自形成后刀面1b，以及连接前刀面1a和后刀面1b的弧形表面形成切削刃面1c。基材的前刀面1a、后刀面1b和切削刃面1c分别是用于形成切削工具的前刀面、后刀面和切削刃面的基础。
图4是图3的局部放大图。图4示出了包括前刀面1a的假想平面A，前刀面1a和假想平面A彼此分开处的假想边界线AA，包括后刀面1b的假想平面B，以及后刀面1b和假想平面B彼此分开处的假想边界线BB。在图4中，各个假想平面A、B被示出为线，以及各个假想边界线AA、BB被示出为点。在图4中，假想边界线AA和假想边界线BB之间的区域内的表面是切削刃面1c。
因此，切削刃面1c通常是基材1的表面。对基材1的表面相交处的棱线进行机械加工以形成切削刃面1c。换句话说，通过对由烧结体等形成的基材前体的表面的至少一部分进行机械加工来形成基材1，并且通过借助于机械加工的斜削来形成切削刃面1c。
虽然图4示出了作为弧形表面的切削刃面1c，但是切削刃面1c的形状不限于此。例如，如图5所示，切削刃面1c可以具有平坦形状。此外，如图6所示，切削刃面1c可以具有平坦表面和弧形表面的组合的形状。
关于上述具有如图4至图6所示的各自形状的基材1，切削刃面1c可以仅从其形状而容易地确定。这是因为：在这种情况下，切削刃面1c不包括在假想平面A和假想平面B中，因此可以通过目视检查而容易地与前刀面1a和后刀面1b相区分。
关于具有如图7所示的锐边形状的基材1，难以仅从其形状确定通过机械加工形成的切削刃面1c。这是因为：在这种情况下，切削刃面1c包括在假想平面A和/或假想平面B中，因此难以通过目视检查将切削刃面1c与前刀面1a和后刀面1b相区分。
考虑到上述情况，关于具有锐边形状的基材1，切削刃面1c在本文中被定义为这样的表面，该表面包括在距前刀面1a和后刀面1b彼此相交处的棱线AB 100μm的距离d内的区域中，因为包括在该区域中的基材1能够起到切削工具10的切削刃的作用。
本实施方案的基材在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。可以使用适用于XPS的XPS分析仪测定氧浓度。
XPS可用于在借助于(例如)Ar离子蚀刻测定目标物的表面的同时，测定在目标物中的给定深度位置处的给定种类的原子比。因此，可以通过以下方式确定距离作为基材表面的切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度。
首先，根据XPS，蚀刻位于切削工具的表面上的对应于基材的切削刃面的覆膜。在蚀刻工艺中，将测定到基材原料特有的元素(例如，形成基材中的结合相的元素)处的深度位置确定为基材的切削刃面。然后，可确定距离作为基材表面的切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度。此时，蚀刻面积可以是500μm2至50000μm2。在真空下测定氧浓度。
关于具有锐边形状的切削刃面，切削刃面包括位于前刀面侧上的切削刃面和位于后刀面侧上的切削刃面。在这种情况下，“距离作为基材表面的切削刃面0.4μm的深度位置”是指在距离切削刃面中的一者0.4μm的深度且距离另一切削刃面0.4μm以上的深度处的位置。
前述氧浓度可以是平均值。具体而言，在基材的切削刃面上确定给定的三个测定位置，并且在距各测定位置0.4μm的深度位置处测定氧浓度。可以将在这些位置处测定的各自氧浓度的平均值确定为氧浓度。
本发明人测定了切削刃面的多个测定位置处的氧浓度，并发现在各个测定位置处取得的值与平均值之间没有显著差异。因此，可以在切削刃面的给定单一位置处测定氧浓度，并且可以将在该位置处取得的值确定为氧浓度。然而，如果测定的氧浓度具有明显异常的值，则应排除该值。优选在切削刃面的中心部分中确定该单一位置，因为该部分对切削工具的特性贡献较大，因此适合作为评价切削工具的特性的位置。
关于本实施方案的切削工具，基材在距切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下可以赋予基材和覆膜之间的高密着性。因此，即使当向基材上的覆膜中包含的硬质层中的最上层赋予1.5GPa以上的大压缩应力时，也可以抑制覆膜的脱落。
本发明人通过关于本公开的研究发现了以下(a)至(c)：
(a)在切削工具用基材的切削刃面中，非预期的氧原子进入，来自氧原子的氧浓度在切削刃面附近最高并朝向基材内部逐渐降低；
(b)切削刃面附近的氧浓度越高，基材中氧的位置越深；
(c)基材中的氧浓度越高，基材与覆膜之间的密着性越低(覆膜可能会脱落)。
基于上述发现，本发明人设想了本实施方案的切削工具具有提高的密着性的原因。具体而言，在常规切削工具的基材中，非预期的氧原子存在于从切削刃面向内到达一定深度位置的区域中。在氧原子以可能影响基材的物理性质的高浓度存在的区域(也称为“高氧区域”)中，基材变脆。相对于位于非变脆的基材上的覆膜，位于变脆的基材上的覆膜更可能脱落。
相反，在本实施方案的切削工具中，基材在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。该氧浓度值比常规切削工具的氧浓度值小。因此，切削刃面附近的氧浓度也小于常规切削工具。因此，抑制了切削刃面附近的脆化。因此，关于本实施方案的切削工具，与常规切削工具相比，覆膜不太可能脱落，并且提高了基材与覆膜之间的密着性。
此外，与常规切削工具相比，由于抑制了切削刃面附近的脆化，因此也可以抑制基材的硬度的降低。抑制基材硬度的降低有助于提高切削工具的耐磨性。这也被认为有助于延长本实施方案中的切削工具的使用寿命。
优选地，在本实施方案的切削工具中，基材在距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度为10原子％以下。在这种情况下，可以进一步提高基材与覆膜之间的密着性。在理论上，距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度和距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度优选为0原子％。
基材的切削刃面中的应变优选为0.07以下。可以通过应用X射线衍射法来确定切削刃面中的应变。高亮度X射线如放射线是优选的，因为可以进行高精度测定。然而，显而易见的是，可以使用常见的X射线装置。
关于通过X射线衍射法获得的X射线衍射角(2θ)和衍射强度的衍射剖面，已知衍射峰根据微晶尺寸和应变每一者而扩展(变宽)。取决于微晶尺寸的衍射峰和取决于应变的衍射峰均可通过洛伦兹函数来进行近似，以通过以下表达式(1)表示衍射峰的积分宽度β，其中β尺寸是取决于微晶尺寸的衍射剖面的积分宽度，β应变是取决于应变的衍射剖面的积分宽度。
β＝β尺寸+β应变...(1)
β尺寸和β应变由以下表达式(2)和表达式(3)表示，其中λ是x射线的波长，ε是微晶尺寸，θ是x射线的入射角，η是应变(非均匀晶格应变)，θ0是布拉格角。此外，将以下表达式(2)和(3)代入上述表达式(1)中以获得以下表达式(4)。
β尺寸＝λ/(εcosθ0)...(2)
β应变＝ηtanθ0...(3)
βcosθ0/λ＝1/ε+ηsinθ0/λ...(4)
在具有表示βcosθ0/λ的纵轴以及表示sinθ0/λ的横轴的双轴图上，绘制了由具有不同2θ值的多个衍射剖面确定的值，并且对曲线进行线性回归。获得的回归线的斜率是应变(非均匀晶格应变)，并且回归线的线段的倒数是微晶尺寸。
上述应变可以是平均值。具体而言，在基材的切削刃面的给定三个测定位置处获得各自的衍射剖面(入射角不同的多个衍射剖面)，并计算各个测定位置处的η值。确定各自η值的平均值作为应变。测定位置位于基材中距离基材的切削刃面的深度方向上的厚度为1.5μm的区域内。具体而言，在各个测定位置处测定应变，作为从切削刃面到1.5μm深度的区域中的基材的应变的积分值。
本发明人也计算了切削刃面的多个测定位置处的各自η值，以确认各个值与平均值之间没有显著差异。因此，可以在切削刃面的给定单一位置处测定应变，并且可以将在该位置处取得的值确定为应变。然而，如果测定的应变具有明显异常的值，则应排除这样的值。优选在切削刃面的中心部分中确定该单一位置，因为该部分对切削工具的特性贡献较大，因此适合作为评价切削工具的特性的位置。
“0.07以下”的足够小的应变使得切削工具的使用寿命更长。这是因为在这样的位置处的小应变改善了在基材上形成的如下所述的覆膜的耐剥离性。该应变更优选为0.05以下。在这种情况下，切削工具的使用寿命可以更长。理论上，最优选的是，应变为0。
《覆膜》
本实施方案的切削工具包括形成在基材上的覆膜。只要覆膜包括硬质层即可，覆膜可以是由单一层构成的单层结构，或者是两个以上的层堆叠在一起的多层结构。例如，覆膜可以包括除硬质层之外的底层、使用状态指示层(表面层)等。
覆膜的厚度优选为0.3μm至15μm。厚度为0.3μm以上的覆膜可充分呈现覆膜的特性。覆膜的厚度可以为15μm以下，以抑制由于过大的覆膜厚度而导致的覆膜的剥离。
以以下方式确定覆膜的厚度。首先，准备用于测定的样品，其包括平行于基材表面的法线方向的截面。接下来，用扫描透射电子显微镜(STEM)观察截面，并调节放大倍数，使得覆膜的整个厚度方向区域包括在观察图像中。测定五个以上的点处的各自厚度，并将测定的厚度的平均值确定为厚度。这同样适用于下面描述的硬质层的厚度。
《硬质层》
包括在覆膜中的硬质层可以是由单一层构成的单层结构，或者是两个以上的层堆叠在一起的多层结构。硬质层中的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。本文中的最上层是指：在构成硬质层的层中，位于距离基材最远的层。如果硬质层是单一层，则硬质层与硬质层中的最上层相同。
在通过后处理赋予压缩应力的硬质层中，由于后处理的性质，倾向于赋予硬质层中的最上层最大的压缩应力。当硬质层中的最上层具有如此大的压缩应力时，在常规切削工具中，包括该硬质层的覆膜很可能从基材上脱落。
相反，在本实施方案的切削工具中，如上所述，基材和覆膜之间的密着性高。因此，无论覆膜包括赋予了大的压缩应力的硬质层的事实，都可以充分抑制由于压缩应力导致的覆膜的剥离。因此，本实施方案的切削工具在耐磨性和耐断裂性方面都是优异的，因此具有长使用寿命。
包括具有大的压缩应力的硬质层的覆膜可能从基材上脱落的原因尚不清楚。然而，如果“具有大的压缩应力的覆膜”被认为是“由于后处理而发生大的应力变化的覆膜”，则推断如下。
发生大的应力变化的覆膜具有这样的特征，即，覆膜倾向于自破坏和/或倾向于包括诸如微细裂纹之类的缺陷。包括自破坏部分或微细裂纹的覆膜可能从基材上脱落。因此，“具有大的压缩应力的覆膜”(其是发生大的应力变化的覆膜)可能会脱落。
“压缩应力”是层内的一种内应力(固有应变)。压缩应力是由-(负)数值表示的应力(压缩应力的单位在本文中为“GPa”)。因此，压缩应力大的概念是指上述数值的绝对值大，而压缩应力小的概念是指该数值的绝对值小。
可以用x射线应力测定装置根据sin2Ψ方法来测定最上层中的压缩应力。这种使用X射线的sin2Ψ方法被广泛用作测定多晶材料中的压缩应力的方法。例如，在由Yokendo(1981)，第54-67页发表的“X-Ray Stress Measurement Method”，The Society ofMaterials Science,Japan中描述的方法可以用作测定压缩应力的方法。
当使用sin2Ψ方法来测定最上层中的残余压缩应力并且在最上层上存在另一层(如使用状态指示层)时，可以根据需要进行例如电解抛光或扁平铣削，以去除另一层并暴露最上层。然后，测定暴露的最上层中的压缩应力。
优选地，最上层中的压缩应力的绝对值为1.5GPa至5.5GPa(包括端值)。如果绝对值大于5.5GPa，则最上层自破坏的倾向较高。更优选地，最上层中的压缩应力的绝对值为3.5GPa至5.5GPa。
优选地，形成硬质层的各层(如果硬质层具有单层结构，则是硬质层本身)是由以下元素制成的化合物层：选自由元素周期表中的第IV族元素(Ti、Zr、Hf)、第V族元素(V、Nb、Ta)和第VI族元素(Cr、Mo、W)、Al和Si构成的组中的至少一种第一元素；和选自由B、C、N和O构成的组中的至少一种第二元素。由这种化合物层形成的硬质层适合作为切削工具的覆膜。
化合物层的具体例子可以是TiCNO层、TiBN层、TiC层、TiN层、TiAlN层、TiSiN层、AlCrN层、AlCrON层、AlCrO层、TiAlSiN层、TiAlON层、AlCrSiCN层、TiCN层、TiSiC层、CrSiN层、AlTiSiCO层、TiSiCN层、ZrO2层、Al2O3层等。
特别地，硬质层中的最上层优选包括Al氧化物层。当向Al氧化物层施加大的压缩应力时，Al氧化物层特别易于自破坏，因此倾向于诱导覆膜从基材上剥离。相反，在本实施方案的切削工具中，与常规切削工具相比，基材和覆膜之间的高密着性抑制了覆膜的脱落。
其中，硬质层优选具有多层结构，其由自基材侧依次堆叠的TiN层、TiCN层和Al氧化物层构成。这种多层结构可以通过层的协同效应显著提高切削工具的耐磨性、耐氧化性、耐热稳定性和耐崩裂性。
Al氧化物层的例子可以是AlCrON层、AlCrO层、TiAlON层、AlTiSiCO层、Al2O3层等。
硬质层优选为通过CVD法形成的化学气相沉积层。其原因之一是与通过物理气相沉积(PVD)法形成的物理气相沉积层相比，化学气相沉积层对基材的高密着性。另一个原因是化学气相沉积层与物理气相沉积层的不同之处在于：在大多数情况下整个化学气相沉积层具有拉伸应力。因此，相对于作为物理气相沉积层并且具有大的压缩应力的硬质层，作为化学气相沉积层并且具有大的压缩应力的硬质层更可能由于后处理造成的大的应力变化而导致脱落。换句话说，与常规切削工具相比，期望作为化学气相沉积层的本实施方案的硬质层展示出显著的密着性。通过对这些层各自的表面的SEM观察，可以将化学气相沉积层和物理气相沉积层彼此清楚地区分。
硬质层的厚度优选为0.3μm至15μm。厚度为0.3μm以上的硬质层可充分展示硬质层的特性。关于厚度为15μm以下的硬质层，可以抑制由于硬质层的厚度过大而导致的硬质层的剥离。就由于赋予的压缩应力而引起的特性展示和自破坏的抑制之间的平衡方面，硬质层中的最上层的厚度优选为0.3μm至15μm，更优选为2.5μm至5.5μm。
<制造切削工具的方法>
本实施方案的制造切削工具的方法包括准备基材前体的步骤，通过对基材前体的表面进行机械加工来制作基材的步骤，在基材上形成覆膜的步骤，和赋予覆膜压缩应力的步骤。在下文中，对各个步骤进行详细描述。
《准备基材前体的步骤》
在该步骤中，准备基材前体。基材前体可以是如上所述的硬质合金或金属陶瓷。将基材前体机械加工成“基材”。具体而言，如后文中描述的，对基材前体的表面进行机械加工，从而形成切削刃面。因此，基材前体的形状与基材的形状相似，不同之处在于基材前体还不具有切削刃面。
《制作基材的步骤》
在该步骤中，对基材前体的表面进行机械加工。机械加工是以下中的一者：交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理；或进行干磨的第三研磨处理。以这种方式，制作了切削工具的基材。
基材前体的将要进行机械加工的表面是棱线附近部分，其包括基材前体的第一表面和第二表面相交处的棱线，以及棱线的附近。基材前体的第一表面和第二表面是将要形成基材的前刀面和后刀面的相应部分，并且基材前体的棱线附近部分是将要形成基材的切削刃面的部分。
例如，机械加工成弧形的棱线附近部分形成如图4所示的切削刃面，并且机械加工成平坦形状的棱线附近部分形成如图5所示的切削刃面。具体而言，机械加工是将基材前体的棱线附近部分进行斜削。
第一研磨处理
第一研磨处理中的湿磨(使用水进行研磨的处理)的例子可包括湿式刷光、湿桶式精加工和湿式喷丸。该湿磨的条件没有特别限制。例如，湿磨可以是高进给高切削深度研磨或低进给低切削深度研磨。
第一研磨处理中的干磨(不使用水进行研磨的处理)的例子可包括干式刷光、干桶式精加工和干式喷丸。该干磨的条件没有特别限制。例如，干磨可以是高进给高切削深度研磨或低进给低切削深度研磨。
第一研磨处理能够制造上述具有低氧浓度的切削工具的原因如下。对于将基材前体常规机械加工成基材，进行高进给高切削深度湿磨。对此的第一个原因是高进给高切削深度湿磨的高生产率。对此的第二个原因是干磨被认为会由于在研磨期间产生的热量而导致基材表面的氧化。对此的第三个原因是认为低进给低切削深度湿磨的生产率低。
然而，这种高进给高切削深度湿磨导致氧从切削刃面向基材内部进入，从而导致基材本身的硬度降低和/或基材和覆膜之间的密着性降低。
相反，根据本实施方案中的制造方法，进行重复湿磨和干磨的机械加工，而不是进行高进给高切削深度湿磨的常规机械加工。本实施方案的这种机械加工为经处理的表面(切削刃面)提供以下优点。
进行单一湿磨处理以对基材前体进行斜削，同时氧从基材前体的表面进入。与常规处理相比，可以缩短进行这种湿磨所花费的时间。因此，单一湿磨处理后的基材中的氧浓度和高氧区域的宽度(从基材中的切削刃面朝向内部直接延伸的深度)小于常规处理。此外，湿磨后的干磨不会使氧进入基材前体。因此，进行干磨以使基材前体斜削，同时去除在先前湿磨期间形成的高氧区域。
因此，高氧区域的宽度小于常规处理，或者没有可能影响基材的物理性质的高氧区域。因此，制造了在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下的上述基材。
尽管对重复进行湿磨和干磨的次数没有特别限制，但湿磨和干磨各自进行至少一次。优选地，湿磨和干磨交替重复三次以上。以这种方式，可以进一步减少在每次湿磨处理中形成的高氧区域的宽度。因此，还可以进一步降低最终的高氧区域宽度。高氧区域中的氧浓度本身也可以降低。
优选地，机械加工处理中的初始处理是湿磨，并且机械加工处理中的最终处理是干磨。作为初始处理的湿磨可以提高生产率以及作为最终处理的干磨可以控制高氧区域宽度，使得在最终获得的基材中的高氧区域宽度足够小。
第二研磨处理
与第一研磨处理类似，第二研磨处理中的低进给低切削深度湿磨的例子可包括湿式刷光、湿桶式精加工和湿式喷丸。第二研磨处理抑制了由常规的高进给高切削深度湿磨引起的氧进入基材，因此能够制造上述具有低氧浓度的切削工具。
虽然湿磨中的“低进给低切削深度”根据磨削的类型而变化，但是例如本文中湿式刷光的“低进给低切削深度”是指进给为200mm/sec以下且切削深度为1.5mm以下。例如本文中湿式刷光的湿磨中的“高进给高切削深度”是指进给为300mm/sec以上且切削深度为3mm以上。
第二研磨处理中的湿磨优选以一定间隔进行，而不是连续进行。具体而言，优选地，重复这样的处理，其中湿磨进行给定时间，随后停止给定时间，随后进行给定时间，等等。以这种方式，可以改善抑制氧进入的有利效果。
第三研磨处理
与第一研磨处理类似，第三研磨处理中的干磨的例子可包括干式刷光、干桶式精加工和干式喷丸。对在第三研磨处理中进行这种干磨的条件没有特别限制。例如，干磨可以是高进给高切削深度研磨或低进给低切削深度研磨。第三研磨处理抑制了由常规的高进给高切削深度湿磨引起的氧进入基材，因此能够制造上述具有低氧浓度的切削工具。
第一研磨处理、第二研磨处理和第三研磨处理如上所述。机械加工优选是第一研磨处理。在这种情况下，可以在保持高生产率的同时制造具有低氧浓度的切削工具。
《形成覆膜的步骤》
在该步骤中，在基材的表面上形成覆膜。作为形成覆膜的方法，可以使用PVD或CVD法。在本实施方案中，优选使用CVD法。当使用CVD法时，膜沉积温度为800℃至1200℃。该温度高于物理气相沉积法的温度。因此，CVD法增加了基材和覆膜之间的密着性。可以使用常规已知的方法作为CVD法。
《赋予覆膜压缩应力的步骤》
在该步骤中，赋予覆膜压缩应力。赋予压缩应力的后处理可以为以下各种方法中的任一者：如刷光或喷丸(例如喷砂、湿喷丸、喷丸硬化)或PVD轰击。因此，可以赋予覆膜压缩应力。结果，赋予了覆膜中的硬质层压缩应力。特别地，可以赋予最上层较大的压缩应力。
以这种方式，可以制造上述切削工具，其包括在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下的基材，以及包括压缩应力的绝对值为1.5GPa以上的最上层(硬质层)的覆膜。这种切削工具可以具有长使用寿命。
通过调节机械加工的条件可以将基材的切削刃面中的应变控制为较小。
实施例
下文中，将参照实施例对本发明进行更加详细的描述。然而，本发明不限于下述实施例。
制作了实施例1至15各自的切削工具和比较例1至5各自的切削工具，并评价了它们的特性。
《实施例1的切削工具的制作》
以下列方式制作实施例1的基材。切削工具由具有以下规格的基材形成。
刀片型号：CNMG120408N-UX(由Sumitomo Electric Hardmetal制造)
材料：JIS B4120(2013)规定的硬质合金
首先，将由组成为2.0质量％的TaC、1.0质量％的NbC、6质量％的Co和余量的WC(含有不可避免的杂质)的混合物制成的原料粉末加压成形成预定形状，然后在1300℃至1500℃下烧结1至2小时。因此，获得了基材前体。
接下来，在基材前体的棱线附近部分上，依次交替重复下述湿磨和干磨五次，即，进行第一研磨处理。因此，对基材前体的棱线附近部分进行机械加工，从而形成了R＝0.03mm的弧形切削刃面。以此方式，制作了基材。
湿磨
类型：桶式精加工
介质：塑料
处理液：水
时间：5分钟
干磨
类型：刷光
刷子：尼龙
转速：100rpm
切削深度：1.5mm
进给：150mm/sec
处理液：无
时间：1分钟
膏：平均粒径为10μm以下的金刚石膏(膏中含有的液体成分是固体油)
接着，使用CVD装置，通过MT-CVD法在基材的整个表面上形成表1所示的覆膜。例如，实施例1的覆膜是这样的覆膜，在该覆膜中，硬质层和TiN层(使用状态指示层)堆叠并且硬质层包括从基材表面依次堆叠的TiN层、TiCN层和Al2O3层(最上层)。使用状态指示层是厚度为0.5μm以下的TiN层，并且位于最上表面。在各个层的组成之后的括号中，指示了层的厚度(μm)。MT-CVD法是在850℃至950℃的相对温和的温度环境下沉积层的方法。
[表1]
Figure BDA0001977190510000191
接下来，对在各个基材的表面上形成的覆膜的整个表面进行以下喷丸。具体而言，在刀片以100rpm旋转的同时，在相对于由包括前刀面的假想平面和包括后刀面的假想平面形成的假想棱线为45°的方向上，通过0.10MPa的压缩空气(投射压力)使由平均粒径为50μm的氧化铝制成的球均匀地撞击前刀面、后刀面和切削刃面5秒钟。以这种方式，赋予硬质层压缩应力。因此，制作了实施例1的切削工具。
《实施例2-12的切削工具的制作》
与实施例1类似地制作实施例2-12各自的基材，不同之处在于：适当地改变上述湿磨和干磨各自的处理时间和重复次数，以对基材前体进行机械加工。
接下来，通过与实施例1类似的方法形成覆膜，不同之处在于：如表1所示改变了形成覆膜的各个层的组成和厚度。
接下来，通过适当地改变喷丸的投射压力和处理时间来赋予各个覆膜压缩应力。因此，制作了实施例2至12各自的切削工具。
《实施例13的切削工具的制作》
以以下方式制作实施例13的基材。切削工具由具有以下规格的基材形成。
刀片型号：CNMG120408N-UX(由Sumitomo Electric Hardmetal制造)
材料：P20级金属陶瓷
首先，将由组成为7质量％的NbC、7质量％的Mo2C、10质量％的Co、5质量％的Ni、20质量％的WC和余量的TiCN(含有不可避免的杂质)的混合物制成的原料粉末加压成形成预定形状，然后在1300℃至1650℃下烧结1至2小时。因此，获得了基材前体。
接下来，在基材前体的棱线附近部分上，与实施例1类似地进行机械加工，不同之处在于：适当地改变了上述湿磨和干磨各自的处理时间和重复次数。因此，对基材前体的棱线附近部分进行机械加工，从而形成了R＝0.03mm的弧形切削刃面。以此方式，制造了基材。
接下来，通过与实施例1类似的方法形成覆膜，不同之处在于：如表1所示改变了形成覆膜的各个层的组成和厚度。
接下来，通过适当地改变喷丸的投射压力和处理时间来赋予覆膜压缩应力。因此，制作了实施例13的切削工具。
《实施例14的切削工具的制作》
与实施例1类似地制作实施例14的切削工具，不同之处在于：进行以下低进给低切削深度湿磨(即，第二研磨处理)作为基材前体的机械加工。
湿磨
类型：桶式精加工
介质：塑料
处理液：水
时间：3分钟
《实施例15的切削工具的制作》
与实施例1类似地制作实施例15的切削工具，不同之处在于：进行以下干磨(即，第三研磨处理)作为基材前体的机械加工。
干磨
类型：刷光
刷子：尼龙
转速：100rpm
处理液：无
时间：1分钟
膏：平均粒径为10μm以下的金刚石膏(膏中含有的液体成分是固体油)
《比较例1-5的切削工具的制作》
以下列方式制作比较例1至5。首先，与实施例1类似地制作由硬质合金制成的基材前体。然后，与实施例1类似地制作比较例1至5各自的基材，不同之处在于：在不进行上述干磨的情况下进行下述的高进给高切削深度湿磨作为基材前体的机械加工。
湿磨
类型：桶式精加工
介质：塑料
处理液：水
时间：3分钟
接下来，通过与实施例1类似的方法形成覆膜，不同之处在于：如表1所示改变了形成覆膜的各个层的组成和厚度。
接下来，通过适当地改变喷丸的投射压力和处理时间来赋予各个覆膜压缩应力。因此，制作了比较例1至5各自的切削工具。
《特性评价》
对于各个切削工具，以上述方式分别测定了距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度，距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度，切削刃面中的应变以及最上层中的压缩应力。
在切削刃面的给定三个测定位置处分别测定氧浓度和应变。三个测定位置中的一个测定位置是切削刃面的中心部分。结果示出于表2。
使用了以下装置。
XPS分析仪(用于测定氧浓度)：“JPS-9030”，由JEOL Ltd.制造。
X射线装置(用于测定应变)：“SPring-8”，Japan Synchrotron RadiationResearch Institute：JASRI
X射线应力测定装置(用于测定压缩应力)：“JSM-7800”，由JEOL Ltd.制造。
在表2中，栏“压缩应力(GPa)”表示各个压缩应力的绝对值。栏“0.4氧浓度(原子％)”表示距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度，以及栏“0.2氧浓度(原子％)”表示距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度。氧浓度和应变的值各自是在三个测定位置处取得的测定值的平均值。
用于通过X射线衍射法测定应变的SPring-8的辐射(高亮度x射线)的条件如下。
光束线：BL16XU
入射X射线能量：10.012keV(波长λ：1.2385埃)
扫描范围：2θ下20°至120°
《试验1：耐断裂性试验》
对于各个切削工具，在以下切削条件下进行切削。测定切削时间为20分钟后的后刀面的平均磨损量Vb(mm)。结果示于表2中。对于该试验，低合金钢经受低速切削，因此，待切削工件很可能附着至切削工具。当附着至切削工具的成分脱落时，覆膜可能会脱落，因此磨损量增加。鉴于此，可以进行该试验以评价覆膜脱落中涉及的切削工具的耐断裂性。具体而言，Vb(mm)的值越小，耐断裂性越高。
切削条件
工件：SCM415
切削速度：100m/min
进给：0.2mm/rev
切削深度：2.0mm
切削液：水溶性切削油
《试验2：耐磨性试验》
对于各个切削工具，在以下切削条件下进行切削。测定切削时间为15分钟后的后刀面的平均磨损量Vb(mm)。结果示于表2中。Vb(mm)的值越小，耐磨性越高。
切削条件
工件：FCD700
切削速度：200m/min
进给：0.2mm/rev
切削深度：2.0mm
切削液：水溶性切削油
[表2]
Figure BDA0001977190510000241
如表2所示，与比较例1至5的切削工具相比，实施例1至15的切削工具表现出更高的耐断裂性和更高的耐磨性。因此证实了与比较例的切削工具相比，实施例的切削工具的使用寿命更长。
本发明的实施方案和实施例为如上所述的那些。最初的意愿是上述实施方案和实施例的特征可以适当地进行组合。
应当理解的是，本文所公开的实施方案和实施例在所有方面都是示例性而非限制性的。本发明的范围旨在由权利要求书、而不是上述说明来限定，并且包括与权利要求书的含义和范围等同的所有修改和变化。
附图标记列表
10切削工具；1基材；1a前刀面；1b后刀面；1c切削刃面；2覆膜

Claims (7)

1.一种表面被覆切削工具，包括基材和形成在该基材上的覆膜，
所述基材是硬质合金或金属陶瓷，
所述基材的表面包括前刀面、后刀面和连接所述前刀面与所述后刀面的切削刃面，
所述基材在距离所述切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下，
所述覆膜包括硬质层，
所述硬质层中的最上层的压缩应力的绝对值为1.5GPa以上。
2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述基材在距离所述切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度为10原子％以下。
3.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述最上层的压缩应力的绝对值为3.5GPa以上。
4.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述硬质层是由以下元素制成的化合物层：
选自由元素周期表中的第IV族元素、第V族元素和第VI族元素、Al和Si构成的组中的至少一种第一元素；和
选自由B、C、N和O构成的组中的至少一种第二元素。
5.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述最上层是由含有Al的氧化物制成的层。
6.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述基材的所述切削刃面的应变为0.07以下。
7.一种制造根据权利要求1所述的表面被覆切削工具的方法，所述方法包括：
准备基材前体；
通过对所述基材前体的表面进行机械加工来制作基材；
在所述基材上形成包括硬质层的覆膜；和
赋予所述覆膜压缩应力，
所述机械加工是以下处理中的一种：
对所述基材前体的表面交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；
进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理，或
进行干磨的第三研磨处理。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108581000B (zh) * 2018-06-12 2024-01-30 深圳市金洲精工科技股份有限公司 一种加工金属基板材料的铣刀
CN114378321A (zh) * 2021-12-30 2022-04-22 株洲钻石切削刀具股份有限公司 一种内外具有不同基体的切削刀片

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2916709A1 (de) * 1979-04-25 1980-10-30 Krebsoege Gmbh Sintermetall Werkzeuge mit schneiden aus harten stoffen
JP2007283478A (ja) * 2006-03-24 2007-11-01 Sumitomo Electric Ind Ltd 表面被覆切削工具
JP2009006439A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Kyocera Corp 切削工具
US7838132B2 (en) * 2004-09-10 2010-11-23 Sandvik Intellectual Property Ab PVD-coated cutting tool insert
CN102791405A (zh) * 2010-03-11 2012-11-21 钴碳化钨硬质合金公司 涂覆的pcbn切削镶片、使用此类涂覆pcbn切削镶片的涂覆的切削刀具、以及其制造方法
CN102821897A (zh) * 2010-03-29 2012-12-12 京瓷株式会社 切削工具
WO2016017790A1 (ja) * 2014-08-01 2016-02-04 株式会社タンガロイ 被覆切削工具

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3087465B2 (ja) 1992-08-27 2000-09-11 三菱マテリアル株式会社 耐摩耗性および耐欠損性のすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具の製造法
JPH0892685A (ja) * 1994-09-27 1996-04-09 Toshiba Tungaloy Co Ltd 高靭性被覆焼結合金
DE10332101B4 (de) * 2003-07-15 2016-02-04 Kennametal Inc. Schneidwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2006009121A1 (ja) * 2004-07-23 2006-01-26 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. 圧縮応力の強度分布を有する被膜を備えた表面被覆切削工具
JP4783153B2 (ja) * 2006-01-06 2011-09-28 住友電工ハードメタル株式会社 刃先交換型切削チップ
JP4936761B2 (ja) * 2006-03-28 2012-05-23 京セラ株式会社 切削工具
JP2008069420A (ja) 2006-09-15 2008-03-27 Tungaloy Corp 超硬合金および被覆超硬合金並びにそれらの製造方法
JP2009191308A (ja) * 2008-02-13 2009-08-27 Toyota Motor Corp 硬質皮膜および硬質皮膜形成方法、硬質皮膜評価方法
US8668982B2 (en) * 2009-11-10 2014-03-11 Kennametal Inc. Coated cutting insert and method for making the same
US8715838B2 (en) * 2010-11-10 2014-05-06 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool
JP2013107187A (ja) 2011-11-24 2013-06-06 Mitsubishi Materials Corp 表面被覆ｗｃ基超硬合金製切削工具
JP5858363B2 (ja) 2012-05-24 2016-02-10 住友電工ハードメタル株式会社 切削工具用の基材およびそれを含む表面被覆切削工具
WO2015076401A1 (ja) * 2013-11-25 2015-05-28 株式会社タンガロイ 被覆工具

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2916709A1 (de) * 1979-04-25 1980-10-30 Krebsoege Gmbh Sintermetall Werkzeuge mit schneiden aus harten stoffen
US7838132B2 (en) * 2004-09-10 2010-11-23 Sandvik Intellectual Property Ab PVD-coated cutting tool insert
JP2007283478A (ja) * 2006-03-24 2007-11-01 Sumitomo Electric Ind Ltd 表面被覆切削工具
JP2009006439A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Kyocera Corp 切削工具
CN102791405A (zh) * 2010-03-11 2012-11-21 钴碳化钨硬质合金公司 涂覆的pcbn切削镶片、使用此类涂覆pcbn切削镶片的涂覆的切削刀具、以及其制造方法
CN102821897A (zh) * 2010-03-29 2012-12-12 京瓷株式会社 切削工具
WO2016017790A1 (ja) * 2014-08-01 2016-02-04 株式会社タンガロイ 被覆切削工具

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