CN111570832B

CN111570832B - 被覆切削工具

Info

Publication number: CN111570832B
Application number: CN202010092284.7A
Authority: CN
Inventors: 城地司; 高桥欣也; 福岛直幸
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2040-02-14
Also published as: US20200261982A1; JP2020131320A; US11298750B2; JP7055761B2; CN111570832A; DE102020000487A1

Abstract

本发明提供一种工具寿命较长且加工面品质优良的被覆切削工具，其具备基材与被覆层，被覆切削工具具有至少1个后刀面、至少1个前刀面及连接后刀面和前刀面的被倒圆的珩磨部，被覆层从基材侧依次包含下部层、中间层和上部层，下部层含有一层以上的由特定Ti化合物构成的Ti化合物层，中间层含有α型Al₂O₃，上部层含有特定化合物，被覆层的后刀面侧中的平均厚度为5.0μm以上30.0μm以下，位于从中间层的上部层侧的界面朝向基材侧至1μm为止的距离并与基材和下部层之间的界面平行的第1截面、和位于从上部层的中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离并与基材和下部层之间的界面平行的第2截面分别满足指定条件，中间层至少在珩磨部中露出。

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，利用化学气相沉积法在由硬质合金制成的基材的表面以3～20μm的总膜厚蒸镀形成被覆层而制成的被覆切削工具被用于钢、铸铁等的切削加工。作为该被覆层，已知存在例如具有钛化合物、氧化铝(Al₂O₃)等的单层或它们的两种以上的多层的被覆层。

在专利文献1中记载了一种表面被覆切削工具，其特征在于，在由碳化钨基硬质合金构成的工具基体的表面上，蒸镀形成由钛化合物层构成的下部层和由氧化铝层(Al₂O₃层)构成的上部层作为硬质被覆层，其中由氧化铝层(Al₂O₃层)构成的上部层的(006)面取向系数TC(006)为1.8以上，并且，(104)面的峰强度I(104)与(110)面的峰强度I(110)之比I(104)/I(110)为0.5～2.0，氧化铝层(Al₂O₃层)内的残余应力值的绝对值为100MPa以下。

专利文献

专利文献1：日本特开2013-132717号公报

发明内容

在近年来的切削加工中，高进给化以及深进刀化更加显著，与以往相比要求提高切削工具的耐磨性以及耐缺损性。而且近年来，如钢的高速切削等对被覆切削工具施加大负荷的切削加工逐渐增加，在这样的苛刻的切削条件下，在以往的被覆切削工具中会产生由于被覆层的粒子脱落而导致的凹陷磨损(crater wear)以及熔敷导致的缺损。由此导致出现工具寿命缩短的问题。

并且，在被覆切削工具中，一旦被切削材料的切削物等熔敷于实际参与切削的部位，则会发生损伤被切削材料的加工面并产生白浊等加工面品质的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种表现出较长的工具寿命、优良的加工面品质的被覆切削工具。

本发明人从上述观点出发，对被覆切削工具的工具寿命的延长和加工面品质的并存进行了反复研究。

并且，得到如下见解，即，通过使被覆切削工具的被覆层包含具有特定材料的下部层、中间层以及上部层，使中间层中的后述RSA以及上部层的后述RSB在指定范围内，使被覆层的平均厚度在指定范围内，并使中间层在被覆切削工具的珩磨部处露出，可得到表现出较长工具寿命和优良的加工面品质的被覆切削工具。

即，本发明如下。

[1]

一种被覆切削工具，其具备基材、与形成于上述基材上的被覆层，

上述被覆切削工具具有至少1个后刀面、至少1个前刀面、以及连接上述后刀面和上述前刀面的被倒圆(rounding)的珩磨部，

上述被覆层从上述基材侧依次包含下部层、中间层和上部层，

上述下部层含有一层或两层以上的由Ti化合物构成的Ti化合物层，上述Ti化合物为Ti、与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素组成的Ti化合物，

上述中间层含有α型Al₂O₃，

上述上部层含有以下述式(1)表示的化合物：

Ti(C_1-x-yN_xO_y) (1)

(式中，x为N相对于C、N以及O的总量的原子比，y为O相对于C、N以及O的总量的原子比，并满足0.15≤x≤0.65、0≤y≤0.20。)

上述被覆层的上述后刀面侧中的平均厚度为5.0μm以上30.0μm以下，

位于从上述中间层的上述上部层侧的界面朝向上述基材侧至1μm为止的距离，并与上述基材和上述下部层之间的界面平行的第1截面满足下述式(i)表示的条件，

RSA≥40 (i)

(式中，RSA为在上述第1截面中，取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A为上述第1截面的法线与上述中间层中的α型Al₂O₃的粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度)。)

位于从上述上部层的上述中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离，并与上述基材和上述下部层之间的界面平行的第2截面满足下述式(ii)表示的条件，

RSB≥40 (ii)

(式中，RSB为在上述第2截面中，取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差B为上述第2截面的法线与上述上部层中的式(1)表示的化合物的粒子的(111)面的法线所成的角度(单位：度)。)

上述中间层至少在上述珩磨部中露出。

[2]

如[1]所述的被覆切削工具，其中，上述中间层在上述前刀面的从与上述珩磨部的边界至3mm为止的区域内也露出。

[3]

如[1]或[2]所述的被覆切削工具，其中，在上述后刀面侧中，上述上部层的平均厚度为1.0μm以上6.0μm以下。

[4]

如[1]至[3]中任一项所述的被覆切削工具，其中，在上述后刀面侧中，上述中间层的平均厚度为3.0μm以上15.0μm以下。

[5]

如[1]至[4]中任一项所述的被覆切削工具，其中，在上述后刀面侧中，上述下部层的平均厚度为3.0μm以上15.0μm以下。

[6]

如[1]至[5]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述Ti化合物层中的上述Ti化合物为选自TiN、TiC、TiCN、TiCNO、TiON以及TiB₂所组成的群组中的至少1种。

[7]

如[1]至[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。

本发明可以提供一种表现出较长的工具寿命和优良的加工面品质的被覆切削工具。

附图说明

图1为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的截面模式图。

图2为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的截面模式图。

图3为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的截面模式图。

具体实施方式

以下，根据需要一边参照附图，一边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。本发明可在不超出其主旨的范围内进行各种变形。应予说明，除非特别说明，附图中的上下左右等位置关系是基于附图所示的位置关系。另外，附图的尺寸比例不限定于图示的比例。

[被覆切削工具]

本实施方式的被覆切削工具具备基材和形成于上述基材上的被覆层。

并且，上述被覆切削工具具有至少1个后刀面、至少1个前刀面、以及连接上述后刀面和上述前刀面的被倒圆的珩磨部。

进而，上述被覆层从上述基材侧依次包含下部层、中间层和上部层，

上述下部层含有一层或两层以上的由Ti化合物构成的Ti化合物层，上述Ti化合物为Ti、与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素组成的Ti化合物，上述中间层含有α型Al₂O₃，上述上部层含有以下述式(1)表示的化合物：

Ti(C_1-x-yN_xO_y) (1)

位于从上述中间层的上述上部层侧的界面朝向上述基材侧至1μm为止的距离，并与上述基材和上述下部层之间的界面平行的第1截面满足下述式(i)表示的条件。

RSA≥40 (i)

(式中，RSA为在上述第1截面中，取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A为上述第1截面的法线与上述中间层中的α型Al₂O₃的粒子的(001)面的法线所成的角度(单位：度)。)

位于从上述上部层的上述中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离，并与上述基材和上述下部层之间的界面平行的第2截面满足下述式(ii)表示的条件。

RSB≥40 (ii)

并且，上述中间层至少在上述珩磨部中露出。

本实施方式的被覆切削工具通过具备上述结构，能够提供表现出较长的工具寿命和优良的加工面品质的被覆切削工具。

虽然得到本实施方式的被覆切削工具的效果的原因并不明确，但认为如下。但是，本发明不受以下的主要原因的任何限定。

认为本实施方式的被覆切削工具表现出较长的工具寿命的主要原因为提高了耐磨性和提高了耐凹陷磨损性。

认为在本实施方式的被覆切削工具中，由于被覆层的平均厚度为5.0μm以上，因此将提高耐磨性，并且由于被覆层的平均厚度为30.0μm以下，因此将提高被覆层的与基材的粘着性和耐缺损性。

中间层含有α型Al₂O₃。并且，如果后述RSA为指定值以上，则在中间层中含有大量沿(001)面取向的α型Al₂O₃粒子。认为由于具有这样的结构的中间层显示出优异的耐热性，因此被覆切削工具的耐凹陷磨损性优异，将提高耐磨性。

如果含有大量沿(001)面取向的α型Al₂O₃粒子，则在如对被覆切削工具作用负荷的切削条件下，存在发生粒子脱落的担忧。因此，本实施方式的被覆切削工具在中间层的表面具有上部层，该上部层的后述RSB为指定值以上，并且含有大量沿(111)面取向的式(1)[Ti(C_1-x-yN_xO_y)]表示的化合物的粒子。因此，上部层和中间层的粘着性良好，因而能够抑制α型Al₂O₃粒子的脱落，其结果是，将提高耐磨性和耐缺损性。

进而，本实施方式的被覆切削工具中，中间层至少在上述珩磨部中露出。在切削时，通过使中间层在与被切削材料接触的部分中露出，证明了被切削材料的熔敷将变少，加工面品质提高。

图1为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的截面模式图。被覆切削工具6具备基材1和形成于基材1的表面的被覆层5，在被覆层5中，从基材侧开始依次在表面侧层叠下部层2、中间层3、以及上部层4。

图2为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的截面模式图。被覆切削工具6具备前刀面7、后刀面8以及珩磨部9。珩磨部9连接前刀面7和后刀面8，并被倒圆。

在基材1的表面形成有被覆层5，中间层3在珩磨部9中露出。在前刀面7以及后刀面8中，被覆层5具有下部层2、中间层3以及上部层4。本实施方式的中间层3由于含有α型Al₂O₃，因此与例如用于上部层4的TiCN或TiCNO相比，抑制了与被切削材料的反应。因而，认为如果中间层3在珩磨部9露出，则可以抑制熔敷。此外，认为一旦被切削材料熔敷于珩磨部9，则会由于加工面与熔敷的被切削材料接触而损伤加工面，从而导致加工面产生白浊。因此，通过使中间层3在珩磨部9露出，可以提高加工面品质。

中间层3在前刀面7的从与珩磨部9的边界至3mm为止的区域内也露出。其实，由于熔敷不仅在珩磨部9中发生，也在前刀面7的从与珩磨部9的边界至3mm为止的范围内发生，因此，在该范围露出中间层3将提高加工面品质。

被覆切削工具6使前刀面7以及珩磨部9与被切削材料接触，被切削的被切削材料从后刀面8向外部放出。

图3为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的截面模式图。如图3所示，对于被覆切削工具6，中间层3也可在前刀面7中露出。

本实施方式的被覆切削工具具备基材和形成于该基材表面的被覆层。作为被覆切削工具的种类，具体可列举用于铣削加工或用于车削加工的刀头更换型切削刀片、钻头、和立铣刀。

<基材>

本实施方式中使用的基材只要是可作为被覆切削工具的基材使用的基材，则不受特别的限制。作为这种基材，例如可列举硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体和高速钢。在它们中，由于耐磨性和耐缺损性更加优异，因此基材优选为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体，更优选为硬质合金。

另外，基材也可为其表面经过改性的基材。例如，在基材由硬质合金制成的情况下，也可在其表面形成脱β层。另外，在基材由金属陶瓷制成的情况下，也可在其表面形成硬化层。像它们这样即使基材的表面进行了改性，也能够发挥本发明的作用效果。

<被覆层>

在本实施方式中使用的被覆层的后刀面侧中的平均厚度为5.0μm以上30.0μm以下。本实施方式的被覆切削工具中，如果被覆层的平均厚度为5.0μm以上，则将提高耐磨性，如果被覆层的平均厚度为30.0μm以下，则将提高被覆层的与基材间的粘着性和耐缺损性。从同样的观点来看，被覆层的平均厚度优选为10.0μm以上27.0μm以下，更优选为12.0μm以上25.5μm以下，进一步优选为13.0μm以上20.0μm以下，更进一步优选为14.9μm以上19.3μm以下。

另外，本实施方式的被覆切削工具中的被覆层整体的平均厚度可通过在后刀面侧3处以上的截面来测定被覆层整体的厚度，并计算其算数平均值而获得。

(下部层)

在本实施方式中使用的下部层包含一层或两层以上的由Ti与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层。如果被覆切削工具在基材与包含α型Al₂O₃的中间层之间具备下部层，则将提高耐磨性和粘着性。

作为Ti化合物层，虽然不作特别限定，但例如可列举由TiC构成的TiC层、由TiN构成的TiN层、由TiCN构成的TiCN层、由TiCO构成的TiCO层、由TiCNO构成的TiCNO层、由TiON构成的TiON层以及由TiB₂构成的TiB₂层。

下部层既可以由一层构成，也可以由多层(例如，两层或三层)构成，但优选为由多层构成，更优选为由两层或三层构成，进一步优选为由三层构成。从进一步提高耐磨性和粘着性的观点出发，作为构成下部层所包含的Ti化合物层的Ti化合物，优选为选自TiN、TiC、TiCN、TiCNO、TiON以及TiB₂所组成的群组中的至少一种。此外，如果下部层的至少一层为TiCN层，则因为耐磨性进一步提高而优选。在下部层由三层构成的情况下，可以在基材的表面上形成TiC层或TiN层作为第1层，在第1层的表面上形成TiCN层作为第2层，在第2层的表面上形成TiCNO层或TiCO层作为第3层。在它们当中，下部层也可以在基材的表面上形成TiN层作为第1层，在第1层的表面上形成TiCN层作为第2层，在第2层的表面上形成TiCNO层作为第3层。

在本实施方式中使用的下部层的平均厚度在后刀面侧中优选为3.0μm以上15.0μm以下。本实施方式的被覆切削工具中，通过使下部层的平均厚度为3.0μm以上，将提高耐磨性。另一方面，本实施方式的被覆切削工具中，通过使下部层的平均厚度为15.0μm以下，则主要因为被覆层的剥离受到抑制而将提高耐缺损性。从同样的观点来看，下部层的平均厚度在后刀面侧中优选为3.5μm以上13.0μm以下，更优选为4.0μm以上12.5μm以下，进一步优选为5.0μm以上11.0μm以下。

下部层的平均厚度即使在前刀面侧和珩磨部侧中也优选为上述范围。以下说明的各材料的厚度同样在后刀面侧、前刀面侧和珩磨部侧优选同样的范围。

从进一步提高耐磨性和耐缺损性的观点来看，TiC层或者TiN层的平均厚度优选为0.05μm以上1.0μm以下。从同样的观点来看，TiC层或者TiN层的平均厚度优选为0.10μm以上0.5μm以下，更优选为0.15μm以上0.3μm以下。

从进一步提高耐磨性和耐缺损性的观点看来，TiCN层的平均厚度优选为2.0μm以上20.0μm以下。从同样的观点来看，TiCN层的平均厚度更优选为2.5μm以上15.0μm以下，进一步优选为4.5μm以上12.0μm以下。

从进一步提高耐磨性和耐缺损性的观点看来，TiCNO层或者TiCO层的平均厚度优选为0.1μm以上1.0μm以下。从同样的观点来看，TiCNO层或者TiCO层的平均厚度更优选为0.2μm以上0.5μm以下。

Ti化合物层是由Ti与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物构成的层，但是只要能够起到下部层的作用效果，则也可以含有微量的上述元素以外的成分。

(中间层)

本实施方式中使用的中间层含有α型Al₂O₃。

并且，在本实施方式中使用的中间层中，位于从中间层的上部层侧的界面朝向上述基材侧至1μm为止的距离，并与基材和下部层之间的界面平行的第1截面满足下述式(i)表示的条件。

RSA≥40 (i)

由于本实施方式的被覆切削工具的RSA为40面积％以上，具有优异的耐凹陷磨损性，因此能够提高耐磨性。从同样的观点来看，RSA优选为43面积％以上，更优选为50面积％以上，进一步优选为60面积％以上。RSA的上限值没有特别限定，例如，可以在80面积％以下。

RSA可以通过实施例所记载的方法求得。

本实施方式中使用的中间层的平均厚度在后刀面侧中优选为3.0μm以上15.0μm以下。如果中间层的平均厚度为3.0μm以上，则被覆切削工具的前刀面中的抗凹陷磨损性趋于进一步提高，如果中间层的平均厚度为15.0μm以下，则被覆层的剥离进一步被抑制，被覆切削工具的耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点来看，中间层的平均厚度在后刀面侧中更优选为3.0μm以上12.0μm以下，进一步优选为3.0μm以上10.0μm以下。

中间层的平均厚度在前刀面侧以及珩磨部侧中，也优选处于上述范围。在进行了除去前刀面的上部层的处理的情况下，前刀面侧的中间层的平均厚度可以比后刀面侧的中间层的平均厚度更薄。

中间层只要具有由α型Al₂O₃(α型氧化铝)构成的层即可，并且只要能够发挥本发明的作用效果，则也可以含有或者不含α型Al₂O₃以外的成分。

(上部层)

本实施方式中使用的上部层含有以下述式(1)表示的化合物：

Ti(C_1-x-yN_xO_y) (1)

并且，在本实施方式中使用的上部层中，位于从上述上部层的上述中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离，并与上述基材和上述下部层之间的界面平行的第2截面满足下述式(ii)表示的条件。

RSB≥40 (ii)

(式中，RSB为在上述第2截面中，取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差B为上述第2截面的法线与上述上部层中的式(1)表示的化合物的粒子的(111)面的法线所形成的角度(单位：度)。)

由于本实施方式的被覆切削工具的RSB为40面积％以上，能够抑制α型Al₂O₃的粒子的脱落，因此将提高耐磨性和耐缺损性。从同样的观点来看，RSB优选为45面积％以上，更优选为50面积％以上。RSB的上限没有特别限定，例如，可以在75面积％以下。

RSB可以通过实施例所记载的方法求得。

本实施方式中使用的上部层的平均厚度在后刀面侧中优选为1.0μm以上6.0μm以下。通过使平均厚度为1.0μm以上，抑制α型Al₂O₃的粒子脱落的效果趋于进一步提高，而通过使上部层的平均厚度为6.0μm以下，耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点来看，上部层的平均厚度在后刀面侧中更优选为1.4μm以上5.8μm以下。

当在前刀面侧具有上部层时，上部层的平均厚度即使在前刀面侧中也优选处于上述范围。

对于用于上部层的以式(1)表示的化合物，如果x为0.15以上，则将提高韧性，因此耐缺损性趋于进一步提高，另一方面，如果x为0.65以下，则由于C以及O含量相对变高，使得硬度变高而且可以抑制反应磨损，因此耐磨性和耐氧化性趋于进一步提高。从同样的观点来看，上述式(1)中的x优选为0.18以上0.50以下，更优选为0.20以上0.40以下。

对于用于上部层的以式(1)表示的化合物，如果y为0.20以下，则由于C以及N的含量相对变高，使得硬度变高并且韧性提高，因此耐磨性和耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点来看，上述式(1)中的y优选为0.01以上0.18以下，更优选为0.03以上0.15以下。如果y为0.01以上，则主要由于粘着性变好，因此可以抑制α型Al₂O₃层的粒子的脱落，其结果是，将提升耐磨性和耐缺损性。

上部层只要具有由式(1)表示的化合物构成的层即可，并且只要能够发挥本发明的作用效果，则也可以含有或者不含与由式(1)表示的化合物不同的成分。

(最外层)

在本实施方式中使用的被覆层可以在与上部层的与基材相反的一侧(即，上部层的表面)包含最外层。如果最外层为由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si和Y所组成的群组中的至少一种元素与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素(优选N元素)构成的化合物的层，则耐磨性更加优异，因此优选。从同样的观点来看，最外层更优选为由选自Ti、Nb、Cr、Al和Si所组成的群组中的至少一种元素与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素(优选N元素)构成的化合物的层，进一步优选为由选自Ti、Cr、Al和Si所组成的群组中的至少一种元素与N构成的化合物的层，更进一步优选为由TiN构成的TiN层。

在本实施方式中，最外层的平均厚度在后刀面侧中优选为0.1μm以上1.0μm以下。通过使最外层的平均厚度在上述范围内，耐磨性趋于进一步提高。从同样的观点来看，最外层的平均厚度优选为0.1μm以上0.5μm以下。

如果在前刀面侧具有最外层，则最外层的平均厚度在前刀面侧中也优选处于上述范围。

(被覆层的形成方法)

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，例如可以列举以下方法。但是，各层的形成方法并不限定于此。

例如，由Ti的氮化物层(以下也称为“TiN层”)构成的Ti化合物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850～1050℃，将压力设为300～400hPa。

由Ti的碳化物层(以下也称为“TiC层”)构成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：1.5～3.5mol％、CH₄：3.5～5.5mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1050℃，将压力设为70～80hPa。

由Ti的碳氮化物层(以下也称为“TiCN层”)构成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：5.0～7.0mol％、CH₃CN：0.5～1.5mol％、H₂：剩余部分，将温度设为800～900℃，将压力设为60～80hPa。

下部层中的由Ti的碳氮氧化物层(以下也称为“TiCNO层”)构成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：3.0～4.0mol％、CO：0.5～1.0mol％、N₂：30～40mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1050℃，将压力设为50～150hPa。

由Ti的碳氧化物层(以下也称为“TiCO层”)构成的Ti化合物层可通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl₄：1.0～2.0mol％、CO：2.0～3.0mol％、H₂：剩余部分，将温度设为950～1050℃，将压力设为50～150hPa。

包含α型Al₂O₃的中间层例如可通过以下方法形成。

首先，在基材的表面上形成一层以上的由Ti化合物层构成的下部层。接着，对在那些层之中离基材最远的层的表面进行氧化。然后，在离基材最远的层的表面上形成α型Al₂O₃的核，在已形成该核的状态下，形成α型Al₂O₃。

更具体而言，离上述基材最远的层的表面的氧化在原料组成为CO：0.1～0.3mol％、CO₂：0.3～1.0mol％、H₂：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为50～60hPa的条件下进行(氧化工序)。此时的氧化处理时间优选为1～3分钟。

之后，α型Al₂O₃层的核通过使原料组成为AlCl₃：1.0～4.0mol％、CO：0.05～2.0mol％、CO₂：1.0～3.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H₂：剩余部分，温度为880～930℃，压力为60～80hPa的化学气相沉积法来形成(成核工序)。

然后，α型Al₂O₃通过使原料组成为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，温度为950～1000℃，压力为60～80hPa的化学气相沉积法来形成(成膜工序)。

为了将RSA(面积％)设定为特定值以上，控制氧化工序中的氧化处理时间、控制氧化工序和/或成核工序中的气体组成中的CO的比例、或者控制成膜工序中的成膜温度即可。更具体而言，通过增大氧化工序中的氧化处理时间、增大氧化工序和/或成核工序中的气体组成中的CO的比例、或将成膜工序中的成膜温度提高至大于成核工序中的成核温度，增大角度的取向差A在特定范围内的粒子的比例(面积％)，从而可以提高RSA。

进一步地，在中间层的表面上形成由Ti的碳氮氧化物层(以下，也称为“TiCNO层”)构成的上部层。

上部层中的TiCNO层可以通过使原料组成为TiCl₄：4.0～8.0mol％、CH₃CN：0.3～2.5mol％、C₂H₄：0～2.0mol％、CO：0～3.5mol％、N₂：1.0～25.0mol％、H₂：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为60～80hPa的化学气相沉积法来形成(上部层形成工序)。

为了将RSB(面积％)设定为特定值以上，在上部层形成工序中控制温度，或者控制原料组成中的CH₃CN的比例即可。更具体而言，通过提高在上部层形成工序中的温度，或者增大原料组成中的CH₃CN的比例，可以增大RSB(面积％)。

并且，为了控制以上述式(1)表示的化合物的原子组成，适当调整原料组成即可。更具体而言，例如为了增大以上述式(1)表示的化合物的原子组成中的碳(C)的比例，可列举增大原料组成的CO的比例的方法。

本实施方式的被覆切削工具的被覆层中的各层的厚度可以通过利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)或者FE-SEM等观察被覆切削工具的截面组织来测量。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可通过在从刀头棱线部朝向被覆切削工具的后刀面的中心部50μm的位置附近，测量3处以上的各层的厚度，并计算其算数平均值而求得。此外，各层的组成可通过使用能量色散型X射线光谱仪(EDS)、波长色散型X射线光谱仪(WDS)等，从本实施方式的被覆切削工具的截面组织中进行测量。

[实施例]

以下，列举实施例对本发明更详细地进行说明，但本发明不限定于这些实施例。

[基材]

对以下基材，在用SiC刷对其刀头棱线部实施磨圆后，清洗基材的表面并进行使用。

[基材1]

形状：CNMG120412

材质：硬质合金(84.4WC-10.8Co-1.9TiC-0.2TiN-2.4NbC-0.3ZrC(以上为质量％))

[基材2]

形状：CNMG120412

材质：硬质合金(93.5WC-6.1Co-0.4Cr₃C₂(以上为质量％))

[RSA和RSB的测定方法]

对于RSA和RSB，在以下条件下，使用场致发射型扫描电子显微镜(以下也称为“FE-SEM”)分别观察下述截面，并使用附属于FE-SEM的电子背散射分析图像装置(以下也称为“EBSD”)，根据下述的<具有特定取向差的粒子截面的测定方法>，测定取向差A处于0度以上45度以下的范围内的截面的粒子截面的面积的总和(RSA_Total或RSB_Total)。

然后，将取向差处于0度以上45度以下的范围内的粒子的截面积以每5度间隔进行划分，并且求出每个分区的粒子截面的面积。然后，求出取向差为0度以上且不足10度的分区、10度以上且不足20度的分区、20度以上且不足30度的分区、以及30度以上45度以下的分区的各分区的粒子截面的面积总和。应予说明，0度以上45度以下的粒子截面的面积总和为100面积％。

求出取向差处于0度以上且不足10度的范围内的粒子的截面积相对于取向差处于0度以上45度以下的范围内的截面的粒子截面的面积总和的比例，将其作为RSA、RSB。

(条件)

·RSA

测定平面：第1平面(位于从中间层的上部层侧的界面朝向基材侧0.5μm的距离且与基材的下部层侧的界面平行的面)

测定面的削出方法：使用金刚石研磨膏进行研磨直至露出上述测定平面，得到镜面研磨面。

取向差：取向差A(第1截面的法线与α型Al₂O₃粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度))

·RSB

测定平面：第2平面(位于从上部层的中间层侧的界面朝向其相反侧的界面0.5μm的距离，并且与基材的下部层侧的界面平行的面)

取向差：取向差B(第2截面的法线与第2截面中的以式(1)表示的化合物的粒子的(111)面的法线所成的角度(单位：度))

(具有特定取向差的粒子截面的测定方法)

将试样装载于FE-SEM。对试样以70度的入射角，以15kV的加速电压以及1.0nA的照射电流照射电子射线。在测定范围30μm×50μm内，以0.1μm的步长的EBSD设定，进行各粒子的取向差以及截面面积的测定。将在测定范围内的中间层的粒子截面的面积设为对应于该面积的像素的总和。即，通过统计符合各分区的粒子截面所占的像素并换算为面积，求得各层的粒子的、基于取向差A的每10度或15度间距的各分区中粒子截面的面积总和。

[层的厚度的测定方法]

使用FE-SEM，对被覆切削工具的从刀头棱线部朝向后刀面的中心部50μm的位置附近的截面的三处的厚度进行测定，计算其算数平均值以求得平均厚度。使用EDS，在被覆切削工具的刀头棱线部朝向后刀面的中心部至50μm为止的位置附近的截面中，测定所得到的试样的各层组成。

[发明产品1～20以及比较产品1～11]

通过化学气相沉积法在基材1和基材2形成被覆层。首先，将基材装入外热式化学气相沉积装置，并在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在基材的表面形成表6所示组成的第1层，使其达到表6所示的平均厚度。接着，在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第1层的表面形成表6所示组成的第2层，使其达到表6所示的平均厚度。接着，在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第2层的表面形成表6所示组成的第3层，使其达到表6所示的平均厚度。由此形成了由三层构成的下部层。之后，在表2所示组成、温度和压力的条件下，按照表2所示的时间，对第3层的表面实施氧化处理。接着，在表3所示的原料组成、温度和压力的条件下，在实施了氧化处理的第3层的表面形成α型氧化铝(α型Al₂O₃)的核。进而，在表4所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第3层和α型氧化铝(α型Al₂O₃)的核的表面形成表6所示组成的中间层(α型Al₂O₃层)，使其达到表6所示的平均厚度。进而，在表5所示的原料组成、温度和压力的条件下，在α型Al₂O₃层的表面形成表6所示组成的上部层，使其达到表6所示的平均厚度。进而，对于发明产品1～5、12～14和16～20以及比较产品1～2和9～11，在表2所示的原料组成、温度和压力的条件下，在上部层的表面形成表6所示组成的最外层，使其达到表6所示的平均厚度。应予说明，在基材的各面以及部中，形成被覆层，使得露出的为表8所记载的层。由此，得到发明产品1～20和比较产品1～11的被覆切削工具。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

*1“A”为说明书中定义的取向差A

*2“B”为说明书中定义的取向差B

[表8]

利用得到的发明产品1～20和比较产品1～11，按照下列条件进行切削试验1和切削试验2。各切削试验的结果表示于表9。

[切削试验1]

基材：基材1

被切削材料：S45C的设有4条槽的圆条，

切削速度：100m/min，

进给量：0.25mm/rev，

切削深度：1.5mm，

冷却剂：有，

评价项目：将试样的至少一部分发生缺损或后刀面的最大磨损宽度达到0.3mm的时间设为工具寿命，并测量直至工具寿命为止的冲击次数，表示于表9。确认冲击次数为10000次时的损伤状态，表示于表9。应予说明，冲击次数设定为至17000次为止。

应予说明，在发明产品1～20中，在冲击次数达到10000次为止均没有发生崩裂。

[切削试验2]

基材：基材2

被切削材料：FCD400的圆条，

切削速度：400m/min，

进给量：0.30mm/rev，

切削深度：1.0mm，

加工时间：10分钟

冷却剂：有，

评价项目：分别观察加工后的被切削材料向珩磨部的熔敷状态和被切削材料的加工面的状态。进一步地，测定加工后的试样的后刀面的磨损宽度。

[表9]

应予说明，在比较产品3中，在达到10000次之前就产生了缺损，因此在表中表示了工具寿命时的损伤状态。

根据以上的结果可知，发明产品的耐缺损性优异，因此工具寿命较长。并且，由于发明产品可以防止加工后珩磨部的被切削材料的熔敷，使得被切削材料的加工面变得良好。

[产业上的可利用性]

本发明的被覆切削工具表现出了较长的工具寿命和优良的加工面品质，因此，从这样的观点来看，具有产业上的可利用性。

符号说明

1…基材、2…下部层、3…中间层、4…上部层、5…被覆层、6…被覆切削工具、7…前刀面、8…后刀面、9…珩磨部。

Claims

1.一种被覆切削工具，其中，

所述被覆切削工具具备基材、与形成于所述基材上的被覆层，

所述被覆切削工具具有至少1个后刀面、至少1个前刀面、以及连接所述后刀面和所述前刀面的被倒圆的珩磨部，

所述被覆层从所述基材侧依次包含下部层、中间层和上部层，

所述下部层含有一层或两层以上的由Ti化合物构成的Ti化合物层，所述Ti化合物为Ti、与选自C、N、O以及B所组成的群组中的至少1种元素组成的Ti化合物，

所述中间层含有α型Al₂O₃，

所述上部层含有以下述式(1)表示的化合物：

Ti(C_1-x-yN_xO_y)(1)

式中，x为N相对于C、N以及O的总量的原子比，y为O相对于C、N以及O的总量的原子比，并满足0.15≤x≤0.65、0≤y≤0.20，

所述被覆层的所述后刀面侧中的平均厚度为5.0μm以上30.0μm以下，

位于从所述中间层的所述上部层侧的界面朝向所述基材侧至1μm为止的距离，并与所述基材和所述下部层之间的界面平行的第1截面满足下述式(i)表示的条件，

RSA≥40 (i)

式中，RSA为在所述第1截面中，取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例，其单位为面积％，取向差A为所述第1截面的法线与所述中间层中的α型Al₂O₃的粒子的(001)面的法线所形成的角度，其单位为度，

位于从所述上部层的所述中间层侧的界面朝向其相反侧的界面至1μm为止的距离，并与所述基材和所述下部层之间的界面平行的第2截面满足下述式(ii)表示的条件，

RSB≥40 (ii)

式中，RSB为在所述第2截面中，取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例，其单位为面积％，取向差B为所述第2截面的法线与所述上部层中的式(1)表示的化合物的粒子的(111)面的法线所成的角度，其单位为度，

所述中间层至少在所述珩磨部中露出。

2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，

所述中间层在所述前刀面的从其与所述珩磨部的边界朝向所述珩磨部的相反侧至3mm为止的区域内也露出。

3.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，

在所述后刀面侧中，所述上部层的平均厚度为1.0μm以上6.0μm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，

在所述后刀面侧中，所述中间层的平均厚度为3.0μm以上15.0μm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，

在所述后刀面侧中，所述下部层的平均厚度为3.0μm以上15.0μm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Ti化合物层中的所述Ti化合物为选自TiN、TiC、TiCN、TiCNO、TiON以及TiB₂所组成的群组中的至少1种。

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、金属陶瓷或陶瓷。

9.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，

所述基材为立方晶氮化硼烧结体。