CN110023011B

CN110023011B - 被覆切削工具

Info

Publication number: CN110023011B
Application number: CN201780066026.8A
Authority: CN
Inventors: 佐藤博之; 平野雄亮
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2037-10-06
Also published as: CN110023011A; JPWO2018079229A1; EP3533544B1; EP3533544A4; US10946453B2; EP3533544A1; JP6955707B2; WO2018079229A1; US20200038964A1

Abstract

本发明提供一种被覆切削工具，其具备基材和形成于基材的表面的被覆层，被覆层包含至少一层α型氧化铝层，在α型氧化铝层中，(0,0,12)面的织构系数TC(0,0,12)为4.0以上8.4以下，(1,2,11)面的织构系数TC(1,2,11)为0.5以上3.0以下。

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中记载了一种切削刀片，其在基材表面包含硬质被覆层，硬质被覆层中的至少一层以上为α-Al₂O₃层，α-Al₂O₃层的集合织构系数(texture coefficient)TC(0012)为5以上，将α-Al₂O₃层的残余应力设为0MPa以上300MPa以下，并将基材的残余应力设为-2000MPa以上-400MPa以下。

专利文献

专利文献1：日本特表2014-530112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，存在由于在加工中向刀头施加的载荷而使工具表面产生的龟裂向基材扩展、或由于刀头温度的急剧增减而使从基材产生的龟裂在被覆层中扩展的情况。而且，由这些原因引起的工具的缺损变得越来越常见。

基于这样的背景，在上述专利文献1中公开的工具虽然耐磨性优异，但在向被覆切削工具作用较大载荷的切削加工条件下，耐缺损性不足，因此人们寻求进一步提高工具寿命。

本发明是为了解决这个问题而完成的，其目的在于提供一种具有优异的耐磨性以及耐缺损性、且工具寿命较长的被覆切削工具。

本发明人们从上述观点出发，对被覆切削工具的工具寿命的延长进行了反复的研究，得到了如下见解，即如果形成为包含对α型氧化铝层的晶体取向进行优化的以下结构，则能够提高耐缺损性，结果可以延长工具寿命，从而完成了本发明。

即，本发明的主旨如下。

[1]一种被覆切削工具，其具备基材和形成于该基材的表面的被覆层，

上述被覆层包含至少一层α型氧化铝层，

在上述α型氧化铝层中，以下述式(1)表示的(0,0,12)面的织构系数TC(0,0,12)为4.0以上8.4以下，以下述式(2)表示的(1,2,11)面的织构系数TC(1,2,11)为0.5以上3.0以下。

[数学式1]

[数学式2]

(式(1)以及式(2)中，I(h,k,l)表示上述α型氧化铝层的X射线衍射中的(h,k,l)面的峰强度，I₀(h,k,l)表示α型氧化铝的JCPDS卡片编号10-0173中的(h,k,l)面的标准衍射强度，(h,k,l)是指(0,1,2)、(1,0,4)、(1,1,0)、(1,1,3)、(1,1,6)、(2,1,4)、(3,0,0)、(0,0,12)、以及(1,2,11)的九个晶面)。

[2]如[1]所述的被覆切削工具，其中，

在上述α型氧化铝层中，上述织构系数TC(0,0,12)为5.0以上8.2以下。

[3]如[1]或[2]所述的被覆切削工具，其中，

在上述α型氧化铝层中，上述织构系数TC(1,2,11)为1.0以上2.5以下。

[4]如[1]～[3]中任一项所述的被覆切削工具，其中，

上述α型氧化铝层的(1,1,6)面中的残余应力值至少在一部分中为-300MPa以上300MPa以下。

[5]如[1]～[4]中任一项所述的被覆切削工具，其中，

上述α型氧化铝层的平均粒径为0.1μm以上3.0μm以下。

[6]如[1]～[5]中任一项所述的被覆切削工具，其中，

上述α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上15.0μm以下。

[7]如[1]～[6]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α型氧化铝层之间具备Ti化合物层，上述Ti化合物层由Ti、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种以上的元素、的Ti化合物而形成。

[8]如[7]所述的被覆切削工具，其中，

上述Ti化合物层包含至少一层TiCN层，上述TiCN层的X射线衍射中的(3,1,1)面的峰强度I₃₁₁相对于上述TiCN层的X射线衍射中的(2,2,0)面的峰强度I₂₂₀的比I₃₁₁/I₂₂₀为1.5以上20.0以下。

[9]如[7]或[8]所述的被覆切削工具，其中，

上述TiCN层的平均厚度为2.0μm以上20.0μm以下。

[10]如[1]～[9]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3.0μm以上30.0μm以下。

[11]如[1]～[10]中任一项的被覆切削工具，其中，

上述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷以及立方晶氮化硼烧结体中的任一种。

根据本发明，可提高耐磨性以及耐缺损性，其结果为，能够提供一种工具寿命较长的被覆切削工具。

具体实施方式

下面，对用于实施本发明的方式(以下，简称为“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。

本实施方式的被覆切削工具为具备基材和形成于该基材的表面的被覆层的被覆切削工具，被覆层包含至少一层α型氧化铝层，在α型氧化铝层中，以下述式(1)表示的(0,0,12)面的织构系数TC(0,0,12)为4.0以上8.4以下，以下述式(2)表示的(1,2,11)面的织构系数TC(1,2,11)为0.5以上3.0以下。

[数学式3]

[数学式4]

在此，式(1)以及式(2)中，I(h,k,l)表示α型氧化铝层的X射线衍射中的(h,k,l)面的峰强度，I₀(h,k,l)表示α型氧化铝的JCPDS卡片编号10-0173中的(h,k,l)面的标准衍射强度，(h,k,l)是指(0,1,2)、(1,0,4)、(1,1,0)、(1,1,3)、(1,1,6)、(2,1,4)、(3,0,0)、(0,0,12)、以及(1,2,11)的九个晶面。

本实施方式的被覆切削工具通过具备上述结构，能够提高耐磨性以及耐缺损性，其结果为，可延长工具寿命。可认为本实施方式的被覆切削工具的耐磨性以及耐缺损性提高的主要原因如下。但是，主要原因不限于以下原因。即，首先，在本实施方式的α型氧化铝层中，由于以上述式(1)表示的(0,0,12)面的织构系数TC(0,0,12)为4.0以上8.4以下，表示(0,0,12)面的峰强度I(0,0,12)的比例较高，也表示更优先沿(0,0,12)面取向。基于这个原因，能够抑制凹陷磨损，其结果为，耐磨性提高。另一方面，在本实施方式的α型氧化铝层中，由于以上述式(2)表示的(1,2,11)面的织构系数TC(1,2,11)为0.5以上3.0以下，表示(1,2,11)面的峰强度I(1,2,11)的比例较高，并表示更优先沿(1,2,11)面取向。基于这个原因，能够抑制龟裂的产生，尤其是，即使在高温的切削条件下也能够抑制龟裂的产生，其结果为，耐缺损性将提高。而且，这些织构系数TC(0,0,12)以及TC(1,2,11)的总和为4.5以上，与其他晶面的织构系数的总和相等或在其之上，因而与其他晶面相比，优先沿(0,0,12)面以及(1,2,11)面取向，因此，能够可靠地实现上述耐磨性以及耐缺损性的提高。

本实施方式的被覆切削工具具有基材和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。

本实施方式中的基材只要是能够用作被覆切削工具的基材，就没有特别的限定。作为基材，可列举例如硬质合金、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、陶瓷以及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，如果基材为硬质合金，则进一步优选。

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。此外，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。

本实施方式中的被覆层的平均厚度优选为3.0μm以上30.0μm以下。如果平均厚度为3.0μm以上，则耐磨性趋于进一步提高，如果为30.0μm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，被覆层的平均厚度更优选为3.0μm以上20.0μm以下，进一步优选为5.0μm以上20.0μm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至少一层α型氧化铝层。在α型氧化铝层中，以上述式(1)表示的(0,0,12)面的织构系数TC(0,0,12)为4.0以上8.4以下。如果织构系数TC(0,0,12)增大，则(0,0,12)面的峰强度I(0,0,12)的比例升高，其结果为，将抑制凹陷磨损，因而耐磨性提高。从相同的观点出发，α型氧化铝层中的织构系数TC(0,0,12)优选为5.0以上8.2以下，更优选为5.5以上8.1以下。

在α型氧化铝层中，以上述式(2)表示的(1,2,11)面的织构系数TC(1,2,11)为0.5以上3.0以下。如果织构系数TC(1,2,11)增大，则(1,2,11)面的峰强度I(1,2,11)的比例升高，其结果为，能够抑制龟裂的产生，因而耐缺损性优异。从相同的观点出发，α型氧化铝层中的织构系数TC(1,2,11)优选为1.0以上2.5以下。

本实施方式的α型氧化铝层的平均厚度优选为1.0μm以上15.0μm以下。如果α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上，则被覆切削工具的前刀面中的耐凹陷磨损性趋于进一步提高。另一方面，如果α型氧化铝层的平均厚度为15.0μm以下，则可进一步抑制剥离，耐缺损性趋于进一步提高。从相同的观点出发，α型氧化铝层的平均厚度更优选为3.0μm以上12.0μm以下。

在本实施方式中，α型氧化铝层的(1,1,6)面中的残余应力值优选至少在一部分中为-300MPa以上300MPa以下。如果上述残余应力值为-300MPa以上，则能够抑制以α型氧化铝层所具有的粒子的脱落为起点的磨损的加深，因此，耐磨性趋于进一步提高。此外，如果上述残余应力值为300MPa以下，则能够进一步抑制α型氧化铝层中的龟裂的产生，因此，被覆切削工具的耐缺损性趋于进一步提高。从相同的观点出发，α型氧化铝层的(1,1,6)面中的残余应力值更优选为-300MPa以上100MPa以下。

在此，“至少在一部分中”表示：不需要在α型氧化铝层整体中满足α型氧化铝层的(1,1,6)面中的上述残余应力值的范围，只要在前刀面等特定区域中的α型氧化铝层的(1,1,6)面中满足上述残余应力值的范围即可。

α型氧化铝层的残余应力值可通过使用了X射线应力测定装置的sin²ψ法来测定。例如，通过sin²ψ法对被覆层中的任意三点中的残余应力进行测定，并求出这三点的残余应力的平均值。关于作为测定位置的被覆层中的任意三点，例如可选择彼此相距0.1mm以上的三点。

为了测定α型氧化铝层的(1,1,6)面中的残余应力值，选择作为测定对象的α型氧化铝层的(1,1,6)面。具体而言，通过X射线衍射装置对形成有α型氧化铝层的试样进行分析。并且，检查改变试样面法线与晶格面法线所形成的角度ψ时的(1,1,6)面的衍射角的变化。

在本实施方式的被覆切削工具中，如果α型氧化铝层的平均粒径为0.1μm以上，则可发现耐缺损性趋于进一步提高。另一方面，如果α型氧化铝层的平均粒径为3.0μm以下，则可发现后刀面中的耐磨性趋于进一步提高。因此，α型氧化铝层的平均粒径优选为0.1μm以上3.0μm以下。其中，从与上述相同的观点出发，α型氧化铝层的平均粒径更优选为0.3μm以上1.5μm以下。

在本实施方式的被覆切削工具中，α型氧化铝层的平均粒径可通过使用市售的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、或透射电子显微镜(TEM)附带的电子背散射衍射装置(EBSD)求出。以下展示具体的例子。沿与基材的表面平行或大致平行的方向对被覆切削工具进行镜面研磨，使α型氧化铝层的剖面组织露出。作为使α型氧化铝层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、离子铣削等。将已露出α型氧化铝层的剖面组织的试样置于FE-SEM，在70度的入射角度、15kV的加速电压以及0.5nA的照射电流的条件下对试样照射电子束。以0.1μm步长的EBSD设定对测定范围为30μm×50μm的范围进行测定。将粒子设为取向差5°以上的组织边界所包围的区域。将与粒子的面积等面积的圆的直径作为该粒子的粒径。在由α型氧化铝层的剖面组织求取粒径时，也可使用图像分析软件。分别求出30μm×50μm的范围中的α型氧化铝层的粒径，并以平均值作为α型氧化铝层的平均粒径。

在本实施方式的被覆层中，如果在基材和α型氧化铝层之间具备Ti化合物层，该Ti化合物层由Ti、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种以上的元素的Ti化合物形成，则耐磨性以及粘着性进一步提高，故优选。从相同的观点出发，Ti化合物层优选为由Ti、和选自由C、N以及O组成的群组中的至少一种以上的元素的Ti化合物形成。

本实施方式的Ti化合物层如果包含至少一层TiCN层，则耐磨性进一步提高，故优选。当将TiCN层的X射线衍射中的(2,2,0)面的峰强度设为I₂₂₀、将TiCN层的X射线衍射中的(3,1,1)面的峰强度设为I₃₁₁时，I₃₁₁相对于I₂₂₀的比I₃₁₁/I₂₂₀优选为1.5以上20.0以下。如果TiCN层中的比I₃₁₁/I₂₂₀为1.5以上20.0以下，则从TiCN层至α型氧化铝层的粘着性趋于进一步提高。此外，如果TiCN层中的比I₃₁₁/I₂₂₀为1.5以上20.0以下，则α型氧化铝层中的织构系数TC(1,2,11)的值趋于进一步增大，故优选。从相同的观点出发，TiCN层中的比I₃₁₁/I₂₂₀更优选为2.5以上20.0以下。

α型氧化铝层以及TiCN层的各晶面的峰强度可通过市售的X射线衍射装置来测定。例如，使用株式会社リガク制造的X射线衍射装置RINT TTRIII，在下列条件下进行使用了Cu-Kα射线的2θ/θ聚焦方法光学系统的X射线衍射测定，即可测得各晶面指数的峰强度。测定条件为：输出功率：50kV、250mA，入射侧梭拉狭缝：5°，发散纵狭缝：2/3°，发散纵向限位狭缝：5mm，散射狭缝：2/3°，受光侧梭拉狭缝：5°，受光狭缝：0.3mm，BENT单色器，受光单色狭缝：0.8mm，取样宽度：0.01°，扫描速度：4°/min，2θ测定范围：20～155°。在根据X射线衍射图谱求取各晶面指数的峰强度时，也可使用X射线衍射装置附带的分析软件。在分析软件中，可通过采用三次样条逼近(cubic spline)进行背景处理以及除去Kα2峰，并使用Pearson-VII函数进行峰形拟合，而求出各峰强度。应予说明，当在比α型氧化铝层更靠近基材侧的位置形成有各种被覆层时，为了不受各种被覆层的影响，可通过薄膜X射线衍射法测定各峰强度。此外，当在比α型氧化铝层更靠近外侧的位置形成有各种被覆层时，也可通过抛光(buffing)除去各种被覆层，然后，进行X射线衍射测定。

本实施方式的TiCN层的平均厚度优选为2.0μm以上20.0μm以下。TiCN层的平均厚度如果为2.0μm以上，则耐磨性趋于进一步提高，如果为20.0μm以下，则能够进一步抑制剥离，耐缺损性趋于进一步提高。从相同的观点出发，TiCN层的平均厚度更优选为5.0μm以上15.0μm以下。

TiCN层是由TiCN形成的层，只要具备上述的结构、且能够实现TiCN层起到的作用效果，则也可微量含有TiCN以外的成分。

本实施方式的Ti化合物层如果在基材和TiCN层之间具备由TiN形成的最下层，则粘着性提高，故优选。最下层的平均厚度优选为0.1μm以上0.5μm以下。如果最下层的平均厚度为0.1μm以上，则最下层会形成更加均匀的组织，粘着性趋于进一步提高。另一方面，如果最下层的平均厚度为0.5μm以下，则能够进一步抑制最下层成为剥离的起点，因此，耐缺损性趋于进一步提高。

在本实施方式的被覆层中，如果在与基材相反的一侧具备由TiN形成的最外层，则能够对被覆切削工具的使用状态进行确认，视认性优异，故优选。最外层的平均厚度优选为0.2μm以上1.0μm以下。最外层的平均厚度如果为0.2μm以上，则具有能够进一步抑制α型氧化铝层的粒子脱落的效果，如果为1.0μm以下，则耐缺损性进一步提高，故优选。

最外层以及最下层是由TiN形成的层，只要具备上述的结构、且能够实现作为最外层以及最下层的上述作用效果，也可微量含有TiN以外的成分。

本实施方式的Ti化合物层如果在TiCN层和α型氧化铝层之间具备由TiCNO或TiCO形成的中间层，则粘着性进一步提高，故优选。中间层的平均厚度优选为0.2μm以上1.5μm以下。平均厚度如果为0.2μm以上，则粘着性趋于进一步提高，如果为1.5μm以下，则α型氧化铝层中的织构系数TC(0,0,12)趋于进一步增大，故优选。

中间层是由TiCNO或TiCO形成的层，只要具备上述的结构、且能够实现中间层起到的作用效果，也可微量含有上述化合物以外的成分。

作为构成本实施方式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，TiN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。

TiC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TiCl₄：1.5～3.5mol％、CH₄：3.0～7.0mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1050℃，将压力设为65～85hPa。

TiCN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TiCl₄：8.0～18.0mol％、CH₃CN：0.5～3.0mol％、H₂：剩余部分，将温度设为840～890℃，将压力设为60～80hPa。此时，通过将TiCl₄相对于CH₃CN的摩尔比TiCl₄/CH₃CN控制为4.0以上8.0以下，可将I₃₁₁/I₂₂₀调整为1.5以上20.0以下的范围。

TiCNO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。

TiCO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α型氧化铝层的取向关系进行控制的被覆切削工具，例如可通过以下方法得到。

首先，在被覆切削工具的基材的表面形成最下层(TiN层)、TiCN层或中间层。接着，对TiN层、TiCN层或中间层的表面进行氧化。之后，形成两种氧化铝的核，在已形成这些核的状态下，形成α型氧化铝层。进而，根据需要也可形成最外层。

第1氧化铝的核通过在低温下稍微流过CO气体而形成。由此，第1氧化铝的核以非常缓慢的速度形成。此外，第1氧化铝的核变得较微小。形成第1氧化铝的核的时间优选为2分钟以上5分钟以下。由此，α型氧化铝层容易沿(0,0,12)面取向。

接着，形成第2氧化铝的核。第2氧化铝的核通过在高温下稍微流过C₃H₆气体而形成。此外，第2氧化铝的核可形成于第1氧化铝的核之间或表面。形成第2氧化铝的核的时间优选为2分钟以上5分钟以下。通过与氧化处理工序的组合，α型氧化铝层容易沿(1,2,11)面取向。

为了得到满足TC(0,0,12)以及TC(1,2,11)的α型氧化铝层，在形成两种氧化铝的核后，在不使CO气体流过的条件下形成α型氧化铝层即可。此时，优选使成膜温度高于形成第1氧化铝的核的温度。

具体而言，TiN层、TiCN层或中间层的表面的氧化在以下条件下实施：将原料气体组成设为CO₂：0.1～1.0mol％、C₂H₄：0.05～0.2mol％、H₂：剩余部分，将温度设为900～950℃，将压力设为50～70hPa。此时，优选进行5～10分钟的氧化。

然后，通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成第1氧化铝的核：将原料气体组成设为AlCl₃：1.0～4.0mol％、CO₂：1.0～3.0mol％、CO：0.05～2.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H₂：剩余部分，将温度设为880～930℃，将压力设为60～80hPa。

接着，通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成第2氧化铝的核：将原料气体组成设为AlCl₃：2.0～5.0mol％、CO₂：2.5～4.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、C₃H₆：0.05～0.2mol％、H₂：剩余部分，将温度设为970～1030℃，将压力设为60～80hPa。

然后，通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成α型氧化铝层：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970～1030℃，将压力设为60～80hPa。

如上所述，对TiN层、TiCN层或中间层的表面进行氧化，然后，形成两种氧化铝的核。然后，如果在通常的条件下形成α型氧化铝层，则能够得到TC(0,0,12)为4.0以上、TC(1,2,11)为0.5以上的α型氧化铝层。此时，通过调整两种氧化铝的核的存在比例，能够对α型氧化铝层的取向关系进行控制。

在形成被覆层后，如果实施干式喷砂、湿式喷砂或喷丸硬化(shot peening)，则能够对α型氧化铝层的(1,1,6)面中的残余应力进行控制。例如，干式喷丸(shot blasting)的条件为：将投射材料以相对于被覆层的表面为30～70°的投射角度、以50～80m/sec的投射速度、在0.5～3分钟的投射时间内进行投射即可。干式喷丸的介质优选为平均粒径100～150μm的Al₂O₃或ZrO₂等材质。

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)、FE-SEM等从被覆切削工具的剖面组织来进行测定。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，可在从刀头朝向被覆切削工具的前刀面的中心部50μm的位置的附近，对三处以上的各层的厚度进行测定，求出其平均值即可。此外，各层的组成可通过使用能量分散型X射线分光器(EDS)或波长分散型X射线分光器(WDS)等从本实施方式的被覆切削工具的剖面组织来测定。

实施例

下面，列举实施例进一步详细地对本发明进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。

作为基材，准备具有JIS标准CNMA120412形状、且具有93.0WC-6.4Co-0.6Cr₃C₂(以上为质量％)的组成的硬质合金制切削刀片。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，在基材的表面以表1所示的平均厚度形成表1所示的最下层。此时，以在表2所示的原料气体组成、温度以及压力的条件，形成最下层。其次，在表3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1所示的平均厚度形成表1所示的TiCN层。接着，在表2所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在TiCN层的表面以表1所示的平均厚度，形成表1所示的中间层。然后，在表4所示的气体组成、温度以及压力的条件下，以表4所示的时间实施氧化处理。接着，在表5所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在已实施氧化处理的中间层的表面形成第1氧化铝的核。形成第1氧化铝的核的时间设为4分钟。进而，在表5所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在第1氧化铝的核之间或表面形成第2氧化铝的核。形成第2氧化铝的核的时间设为4分钟。然后，在表6所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在中间层以及两种氧化铝的核的表面，以表1所示的平均厚度形成表1所示的α型氧化铝层(以下，称α型Al₂O₃层)。最后，在表2所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在α型Al₂O₃层的表面以表1所示的平均厚度形成表1所示的最外层。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2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1所示的平均厚度形成表1所示的最下层。其次，在表3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1所示的平均厚度形成表1所示的TiCN层。接着，在表2所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在TiCN的表面以表1所示的平均厚度形成表1所示的中间层。然后，在表4所示的气体组成、温度以及压力的条件下，以表4所示的时间实施氧化处理。接着，在表7所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在已实施氧化处理的中间层的表面形成一种或两种的氧化铝的核。在此，表7中的“无工序”表示没有用于形成第二种氧化铝的核的工序。进而，在表8所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在中间层以及氧化铝的核的表面，以表1所示的平均厚度形成表1所示的α型Al₂O₃层。最后，在表2所示的原料气体组成、温度以及压力的条件下，在α型Al₂O₃层的表面以表1所示的平均厚度形成表1所示的最外层。如此，得到比较品1～10的被覆切削工具。

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的位置的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。对于得到的试样的各层的组成，在从被覆切削工具的刀头朝向前刀面的中心部50μm为止的位置的附近的剖面中，使用EDS进行测定。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

对于发明品1～11、比较品1～10，在基材的表面形成被覆层后，使用表9所示的投射材料，在表9所示的投射条件下实施干式喷丸。

[表9]

对于得到的试样，在下述条件下进行使用了Cu-Kα射线的2θ/θ聚焦方法光学系统的X射线衍射测定。测定条件为：输出功率：50kV、250mA，入射侧梭拉狭缝：5°，发散纵狭缝：2/3°，发散纵向限位狭缝：5mm，散射狭缝：2/3°，受光侧梭拉狭缝：5°，受光狭缝：0.3mm，BENT单色器，受光单色狭缝：0.8mm，取样宽度：0.01°，扫描速度：4°/min，2θ测定范围：20～155°。装置使用株式会社リガク制造的X射线衍射装置RINT TTRIII。通过X射线衍射图谱求出α型Al₂O₃层以及TiCN层的各晶面指数的峰强度。通过得到的各晶面指数的峰强度，求出α型Al₂O₃层的织构系数TC(0,0,12)、TC(1,2,11)以及TiCN层的强度比I₃₁₁/I₂₂₀。将其结果示于表10。

[表10]

得到的试样的α型Al₂O₃层的残余应力通过使用了X射线应力测定装置的sin²ψ法进行测定。将其测定结果示于表11。

[表11]

得到的试样的α型Al₂O₃层的平均粒径通过EBSD进行测定。将其测定结果示于表12。

[表12]

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13。

[切削试验1]

被切削材料：S50C的圆棒

切削速度：310m/min

进给量：0.30mm/rev

切削深度：1.8mm

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。

[切削试验2]

被切削材料：在长度方向上等间距地开有2条槽的S50C圆棒

切削速度：260m/min

进给量：0.35mm/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次的时刻结束试验。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。

应予说明，对于耐磨性试验的到达工作寿命为止的加工时间，将30分钟以上的设为“A”，20分钟以上且不足30分钟的设为“B”，不足20分钟的设为“C”，进行评价。此外，对于耐缺损性试验的到达工具寿命为止的冲击次数，将15000次以上的设为“A”，12000次以上且不足15000次的设为“B”，不足12000次的设为“C”，进行评价。在该评价中，“A”意为最优，其次“B”为优，“C”为最差，具有越多的“A”或“B”的评价，切削性能越优异。将得到的综合评价的结果示于表13。

[表13]

根据表13的结果，发明品的耐磨性试验以及耐缺损性的评价均为A或B的评价。另一方面，在比较品的评价中，耐磨性试验或耐缺损性试验中的任一个均为C。尤其是，发明品的耐缺损性试验的评价为A或B，比较品的评价为B或C。由此可知，发明品的耐缺损性与比较品相比为同等或以上。

根据以上的结果可知，发明品的耐磨性和耐缺损性优异，因此，工具寿命较长。

本申请基于2016年10月25日提出的日本专利申请(特愿2016-208559)，其内容在此作为参考并入。

产业上的可利用性

本发明的被覆切削工具通过不降低耐磨性而提高优异的耐缺损性，与以往相比能够延长工具寿命，因此，产业上的可利用性较高。

Claims

1.一种被覆切削工具，其具备基材和形成于该基材的表面的被覆层，

所述被覆层包含至少一层α型氧化铝层，

在所述α型氧化铝层中，以下述式(1)表示的(0,0,12)面的织构系数TC(0,0,12)为4.0以上8.4以下，以下述式(2)表示的(1,2,11)面的织构系数TC(1,2,11)为0.5以上3.0以下，

在式(1)以及式(2)中，I(h,k,l)表示所述α型氧化铝层的X射线衍射中的(h,k,l)面的峰强度，I₀(h,k,l)表示α型氧化铝的JCPDS卡片编号10-0173中的(h,k,l)面的标准衍射强度，(h,k,l)是指(0,1,2)、(1,0,4)、(1,1,0)、(1,1,3)、(1,1,6)、(2,1,4)、(3,0,0)、(0,0,12)以及(1,2,11)九个晶面。

2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，

在所述α型氧化铝层中，所述织构系数TC(0,0,12)为5.0以上8.2以下。

3.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，

在所述α型氧化铝层中，所述织构系数TC(1,2,11)为1.0以上2.5以下。

4.如权利要求2所述的被覆切削工具，其中，

5.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，

至少在所述α型氧化铝层的一部分中，所述α型氧化铝层的(1,1,6)面中的残余应力值为-300MPa以上300MPa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α型氧化铝层的平均粒径为0.1μm以上3.0μm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α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上15.0μm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，

所述被覆层在所述基材和所述α型氧化铝层之间具备Ti化合物层，所述Ti化合物层由Ti与选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物形成。

9.如权利要求8所述的被覆切削工具，其中，

所述Ti化合物层包含至少一层TiCN层，所述TiCN层的X射线衍射中的(3,1,1)面的峰强度I₃₁₁相对于所述TiCN层的X射线衍射中的(2,2,0)面的峰强度I₂₂₀的比I₃₁₁/I₂₂₀为1.5以上20.0以下。

10.如权利要求9所述的被覆切削工具，其中，

所述TiCN层的平均厚度为2.0μm以上20.0μm以下。

11.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3.0μm以上30.0μm以下。

12.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、陶瓷以及立方晶氮化硼烧结体中的任一种。