CN115226395A - 切削工具 - Google Patents

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Abstract

一种切削工具，具备：基材和设置在上述基材上的硬质层，上述硬质层由TiaAlbBcN所表示的化合物构成，上述TiaAlbBcN的钛元素的原子比a为0.25以上且小于0.55，上述TiaAlbBcN的铝元素的原子比b为0.45以上且小于0.75，上述TiaAlbBcN的硼元素的原子比c超过0且为0.1以下，上述原子比a、上述原子比b及上述原子比c的合计为1，上述硬质层的(200)面的X射线衍射峰的强度I(200)相对于(002)面的X射线衍射峰的强度I(002)的比I(200)/I(002)为2以上10以下，上述(002)面的X射线衍射峰的半值宽度为2度以上8度以下。

Description

切削工具
技术领域
本公开涉及切削工具。
背景技术
以往，使用在基材上被覆有覆膜的切削工具。例如，日本特开 2011-224715号公报(专利文献1)公开了一种表面被覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面上，蒸镀形成有0.8～5.0μm层厚的由Al和Ti的复合氮化物构成的硬质被覆层，其特征在于，该硬质被覆层构成为由Al和Ti的复合氮化物的粒状晶体织构构成的薄层A和由柱状晶体织构构成的薄层B的交替层叠结构，薄层A和薄层B分别具有0.05～2μm的层厚，此外，构成上述薄层A的粒状晶体的平均晶粒直径为30nm以下，另外，构成上述薄层B的柱状晶体的平均晶粒直径为50～500nm。
日本特开2017-193004号公报(专利文献2)公开了一种表面被覆切削工具，其具备基材和形成于所述基材的表面的覆膜，所述覆膜包含交替层，所述交替层包含具有第1组成的第1层和具有第2组成的第2层，所述交替层通过交替地分别层叠一层以上的所述第1层和所述第2层而构成，所述第1层和所述第2层各自的厚度为2nm以上100nm以下，所述第1组成由TiaAlbSicN(0.25≤a≤0.45、0.55≤b≤0.75、 0≤c≤0.1、a+b+c＝1)表示，所述第2组成由TidAleSifN(0.35≤d≤0.55、 0.45≤e≤0.65、0≤f≤0.1、d+e+f＝1)表示，所述第1组成和所述第2组成满足0.05≤d-a≤0.2且0.05≤b-e≤0.2。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-224715号公报
专利文献2：日本特开2017-193004号公报
发明内容
本公开涉及的切削工具具备：
基材和设置在上述基材上的硬质层，
上述硬质层由TiaAlbBcN所表示的化合物构成，
上述TiaAlbBcN的钛元素的原子比a为0.25以上且小于0.55，
上述TiaAlbBcN的铝元素的原子比b为0.45以上且小于0.75，
上述TiaAlbBcN的硼元素的原子比c超过0且为0.1以下，
上述原子比a、上述原子比b及上述原子比c的合计为1，
上述硬质层的(200)面的X射线衍射峰的强度I(200)相对于(002) 面的X射线衍射峰的强度I(002)的比I(200)/I(002)为2以上10以下，
上述(002)面的X射线衍射峰的半值宽度为2度以上8度以下。
附图说明
[图1]图1为示例切削工具的一个形式的透视图。
[图2]图2为本实施方式的一个形式的切削工具的示意性剖面图。
[图3]图3为说明本实施方式涉及的硬质层的晶体结构的示意性剖面图。
[图4]图4为对本实施方式涉及的硬质层进行X射线衍射分析时所得的光谱的一个例子。
[图5]图5为本实施方式的其它形式的切削工具的示意性剖面图。
具体实施方式
[本公开所要解决的课题]
在专利文献1所述的表面被覆切削工具中，通过具有上述构成的硬质被覆层，耐磨性提高，因此期待切削工具的寿命变长。在专利文献2所述的表面被覆切削工具中，通过具有上述构成的覆膜，可以抑制层间剥离及裂纹传播，因此期待切削工具的寿命变长。然而，在近年来的切削加工中，高速化和高效化正在发展，施加至切削工具的负荷增大，切削工具的寿命倾向于短期化。因此，要求进一步提高切削工具的覆膜的机械特性(例如耐磨性、耐缺损性、耐热性等)。
本公开是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种耐磨性优异的切削工具。
[本公开的效果]
根据上述，可以提供一种耐磨性优异的切削工具。
[本公开的实施方式的说明]
首先，列举本公开的实施方式并进行说明。
[1]本公开涉及的切削工具具备：
基材和设置在上述基材上的硬质层，
上述硬质层由TiaAlbBcN所表示的化合物构成，
上述TiaAlbBcN的钛元素的原子比a为0.25以上且小于0.55，
上述TiaAlbBcN的铝元素的原子比b为0.45以上且小于0.75，
上述TiaAlbBcN的硼元素的原子比c超过0且为0.1以下，
上述原子比a、上述原子比b及上述原子比c的合计为1，
上述硬质层的(200)面的X射线衍射峰的强度I(200)相对于(002) 面的X射线衍射峰的强度I(002)的比I(200)/I(002)为2以上10以下，
上述(002)面的X射线衍射峰的半值宽度为2度以上8度以下。
通过将上述切削工具中的上述硬质层的上述比I(200)/I(002)和上述(002)面的X射线衍射峰的半值宽度分别设在上述那样的范围内，成为耐磨性优异的切削工具。另外，通过将铝元素的原子比设在上述那样的范围内，成为耐热性优异的切削工具。即，上述切削工具通过具备上述那样的构成，能够在高温环境下具有优异的耐磨性。换言之，上述切削工具不限于普通钢的加工，即使在切削温度上升显著的难切削材料的加工中，工具寿命也变长。这里，“耐磨性”是指在切削加工时切削工具对磨损的耐受性。“耐热性”是指在高温环境下切削工具对磨损、变形等的耐受性。
[2]优选的是，室温的上述硬质层的硬度H为30GPa以上。通过这样规定，上述切削工具可以具有更优异的耐磨性。
[3]优选的是，室温的上述硬质层的硬度H相对于上述硬质层的杨氏模量E的比H/E为0.07以上。通过这样规定，上述切削工具除了具有优异的耐磨性以外，还可以具有优异的耐缺损性。这里，“耐缺损性”是指在切削加工时切削工具对缺口的耐受性。
[4]优选的是，上述硬质层的厚度为1μm以上20μm以下。通过这样规定，上述切削工具可以具有更优异的耐磨性。
[本公开的实施方式的详细说明]
以下，对本公开的一个实施方式(以下记为“本实施方式”) 进行说明。但是，本实施方式不限于此。在本说明书中，“A～Z”形式的表述是指范围的上限下限(即A以上Z以下)，在对A没有记载单位而仅对Z记载单位的情况下，A的单位与Z的单位相同。此外，在本说明书中，在例如“TiN”等那样，由没有限定构成元素的组成比的化学式表示化合物的情况下，其化学式包括所有常规已知的组成比(元素比)。此时，上述化学式不仅包括化学计量组成，还包括非化学计量组成。例如，“TiN”的化学式不仅包括化学计量组成“Ti1N1”，还包括例如“Ti1N0.8”那样的非化学计量组成。这种情况对于除“TiN”以外的化合物的记载也是同样的。
《切削工具》
一种切削工具，具备：
基材和设置在上述基材上的硬质层，
上述硬质层由TiaAlbBcN所表示的化合物构成，
上述TiaAlbBcN的钛元素的原子比a为0.25以上且小于0.55，
上述TiaAlbBcN的铝元素的原子比b为0.45以上且小于0.75，
上述TiaAlbBcN的硼元素的原子比c超过0且为0.1以下，
上述原子比a、上述原子比b及上述原子比c的合计为1，
上述硬质层的(200)面的X射线衍射峰的强度I(200)相对于(002) 面的X射线衍射峰的强度I(002)的比I(200)/I(002)为2以上10以下，
上述(002)面的X射线衍射峰的半值宽度为2度以上8度以下。
本实施方式涉及的切削工具例如可以为：钻头、端铣刀、钻头用切削刃可转位切削刀片、端铣刀用切削刃可转位切削刀片、铣削加工用切削刃可转位切削刀片、车削加工用切削刃可转位切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥等。
图1是示例切削工具的一个形式的透视图。具有这样形状的切削工具例如可以用作切削刃可转位切削刀片。上述切削工具10具有：前刀面1、后刀面2、以及前刀面1与后刀面2交叉的切削刃棱线部 3。即，前刀面1和后刀面2是夹着切削刃棱线部3而连接起来的面。切削刃棱线部3构成切削工具100的切削刃前端部。这样的切削工具 10的形状也可以理解为上述切削工具的基材的形状。即，上述基材具有：前刀面、后刀面、以及连接前刀面与后刀面的切削刃棱线部。
<基材>
本实施方式的基材只要是以往公知的基材，则可以使用任意基材作为该种基材。例如，上述基材优选包含选自由硬质合金(例如，碳化钨(WC)基硬质合金、除WC以外还含有Co的硬质合金、除 WC以外添加了Cr、Ti、Ta、Nb等的碳氮化物的硬质合金等)、金属陶瓷(以TiC、TiN、TiCN等为主要成分的材料)、高速钢、陶瓷 (碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝等)、立方氮化硼烧结体(cBN烧结体)以及金刚石烧结体组成的组中的至少1种。
在这些各种基材当中，特别优选选择硬质合金(特别是WC基硬质合金)、金属陶瓷(特别是TiCN基金属陶瓷)。其理由是因为：这些基材在高温下的硬度与强度的平衡性特别优异，从而作为上述用途的切削工具的基材具有优异的特性。
在使用硬质合金作为基材的情况下，即使这种硬质合金在织构中包含游离碳或被称为η相的异常相，也能够表现出本实施方式的效果。需要说明的是，即使对本实施方式中所使用的基材的表面进行改性也不会产生影响。例如，在硬质合金的情况下，可以在其表面形成脱β层；或者在cBN烧结体的情况下，可以形成表面硬化层，即使对表面进行这样的改性，也能够表现出本实施方式的效果。
在上述切削工具为切削刃可转位切削刀片(车削加工用切削刃可转位切削刀片、铣削加工用切削刃可转位切削刀片等)的情况下，基材可以具有断屑器(chip breaker)，也可以不具有。切削刃棱线部分的形状可以包括以下形状中的任一种形状：锐边(前刀面与后刀面相交形成的棱)、珩磨边(对锐边赋予圆角而得的形状)、负刃带(negative land，倒角的形状)、或珩磨边和负刃带组合而得的形状。
<覆膜>
本实施方式涉及的覆膜设置在上述基材上。“覆膜”通过被覆上述基材的至少一部分(例如，前刀面的一部分)，从而具有提高切削工具的耐热性、耐缺损性、耐磨性等诸多特性的作用。上述覆膜优选被覆上述基材的整个表面。然而，即使上述基材的一部分未被上述覆膜被覆、或者覆膜的构成部分地不同，也不脱离本实施方式的范围。上述覆膜包含硬质层。
上述覆膜的厚度优选为1μm以上20μm以下、更优选为1.5μm 以上12μm以下、进一步优选为2μm以上8μm以下。这里，覆膜的厚度是指构成覆膜的层的各自的厚度的总和。作为“构成覆膜的层”，例如可以列举出上述硬质层、后述的基底层、中间层以及表面层等其他层。上述覆膜的厚度例如可以通过以下方法求出：使用透射电子显微镜(TEM)对与基材的表面的法线方向平行的剖面样品中的任意 10点进行测定，并求出所测得的10点的厚度的平均值。此时的测定倍率例如为10000倍。作为上述剖面样品，例如可以列举出利用离子切片机装置将上述切削工具的剖面薄片化而得的样品。测定上述硬质层、上述基底层、上述中间层及上述表面层等各自的厚度的情况也同样。作为透射电子显微镜，例如可以列举出日本电子株式会社制的 JEM-2100F(商品名)。
(硬质层)
本实施方式涉及的硬质层20设置在基材11上。只要维持本实施方式涉及的切削工具所起的效果，上述硬质层20可以设置在上述基材11的正上方(图2)，也可以经由基底层31等其他层而设置在上述基材11上(图5)。只要维持切削工具所起的效果，上述硬质层20也可以在其上设置表面层32等其他层(图5)。另外，上述硬质层20也可以设置在上述覆膜40的表面。
在本实施方式的一个方面中，只要维持上述切削工具所起的效果，也可以设置多个上述硬质层。例如，在上述覆膜包含第一硬质层和第二硬质层的情况下，上述覆膜还可以进一步具备设置在上述第一硬质层与上述第二硬质层之间的中间层。
上述硬质层优选被覆上述基材的后刀面。上述硬质层优选被覆上述基材的前刀面。上述硬质层更优选被覆上述基材的整个表面。然而，即使上述基材的一部分未被上述硬质层被覆，也不脱离本实施方式的范围。
上述硬质层的厚度优选为1μm以上20μm以下、更优选为1.5μm 以上12μm以下、进一步优选为2μm以上8μm以下。由此，上述切削工具能够具有更优异的耐磨性。该厚度例如可以通过使用透射电子显微镜以10000倍的倍率观察上述那样的上述切削工具的剖面来测定。
(硬质层的X射线衍射分析)
上述硬质层的(200)面的X射线衍射峰的强度I(200)相对于(002) 面的X射线衍射峰的强度I(002)的比I(200)/I(002)为2以上10以下，
上述(002)面的X射线衍射峰的半值宽度为2度以上8度以下。
这里，“(200)面的X射线衍射峰的强度I(200)”是指在来自 (200)面的X射线衍射峰当中最高峰的衍射强度(峰的高度)。对于“(002)面的X射线衍射峰的强度I(002)”也是同样的。
具体而言，在后述实施例所记载的条件下，针对上述硬质层中的任意3点分别进行θ/2θ法的X射线衍射测定(XRD测定)，求出预定的晶面的X射线衍射强度，并将求出的3点的X射线衍射强度的平均值作为该预定的晶面的X射线衍射强度。此时，(200)面的 X射线衍射强度对应于2θ＝43～44°附近的X射线衍射强度，(002) 面的X射线衍射强度对应于2θ＝30～40°附近的X射线衍射强度(例如，参照图4)。在图4中，纵轴表示X射线衍射强度，横轴表示2θ的值。作为用于上述X射线衍射测定的装置，例如可以列举出株式会社Rigaku制造的“SmartLab”(商品名)、PANalytical制造的“X’pert” (商品名)等。
上述(200)面的X射线衍射强度来自于硬质层中的立方晶的晶体。(002)面的X射线衍射峰的强度I(002)来自于硬质层中的六方晶的晶体。因此，根据这些峰的有无，能够判别硬质层中的立方晶、六方晶的有无。另外，比I(200)/I(002)为2以上10以下意味着在硬质层中形成有立方晶的柱状晶体23和六方晶的柱状晶体24的混晶(图 3)。
上述比I(200)/I(002)的上限例如可以小于10、也可以为5以下。
上述(002)面的X射线衍射峰的半值宽度的上限可以为6度以下、也可以为4度以下。
(硬质层的机械特性)
在本实施方式中，室温的上述硬质层的硬度H优选为30GPa以上、更优选为30GPa以上50GPa以下、进一步优选为35GPa以上 45GPa以下。
在本实施方式中，室温的上述硬质层的杨氏模量E优选为 700GPa以下、更优选为400GPa以上700GPa以下、进一步优选为 400GPa以上550GPa以下。
另外，室温的上述硬质层的硬度H相对于上述硬质层的杨氏模量E的比H/E优选为0.07以上、更优选为0.07以上0.12以下、进一步优选为0.08以上0.11以下。
上述硬度H和上述杨氏模量E可以通过在“ISO 14577-1:2015 Metallicmaterials-Instrumented indentation test for hardness and materialsparameters-”中所规定的标准程序的纳米压痕法来求出。在本实施方式中，“室温”是指25℃。从准确求出上述硬度H和上述杨氏模量E的观点来看，压头的压入深度不超过该压头的压入方向上的上述硬质层的厚度的1/10。压头的压入负荷设为1g。对于样品来说，只要能够确保上述硬质层的截面积相对于上述压头的面积为 10倍的面积，就可以使用上述的剖面样品。另外，为了确保上述硬质层的截面积相对于上述压头的足够的面积，也可以使用具有相对于基材的表面的法线方向倾斜的剖面的试样。对至少10个剖面样品进行这样的测定，将在各个样品中求出的硬度和杨氏模量的平均值设为该硬质层的硬度H和杨氏模量E。需要说明的是，排除乍一看就被认为是异常值的数据。作为进行上述纳米压痕法的装置，例如可以列举出Elionix公司制造的ENT-1100a。
上述硬质层由TiaAlbBcN所表示的化合物构成。这里，“由 TiaAlbBcN所表示的化合物构成”的概念包括仅由TiaAlbBcN所表示的化合物构成的形式、以及由TiaAlbBcN所表示的化合物和不可避免的杂质构成的形式。作为不可避免的杂质，例如可以列举出碳(C)、氧(O)。上述硬质层的组成可以通过利用TEM附带的能量分散型 X射线光谱法(TEM-EDX)对上述剖面样品中的硬质层的整体进行元素分析来求出。此时的观察倍率例如为20000倍。
上述TiaAlbBcN的钛元素的原子比a为0.25以上且小于0.55、优选为0.25以上0.40以下、更优选为0.25以上0.35以下。通过将上述原子比a设在上述范围内，成为具有适度的硬度的硬质层。
上述TiaAlbBcN的铝元素的原子比b为0.45以上且小于0.75、优选为0.55以上且小于0.75、更优选为0.65以上且小于0.75。通过将上述原子比b设在上述范围内，成为具有优异的耐热性的硬质层。
上述TiaAlbBcN的硼元素的原子比c超过0且为0.1以下、优选为0.01以上0.09以下、更优选为0.02以上0.08以下。通过将上述原子比c设在上述范围内，成为具有适度的硬度的硬质层。需要说明的是，上述原子比a、上述原子比b以及上述原子比c的合计为1。
(其他层)
只要不损害本实施方式的效果，上述覆膜还可以进一步包含其他层。作为上述其他层，例如可以列举出设置在上述基材与上述硬质层之间的基底层以及设置在上述硬质层上的表面层等。另外，在上述覆膜包含第一硬质层和第二硬质层的情况下，可以列举出设置在上述第一硬质层与上述第二硬质层之间的中间层。
上述基底层例如可以是由AlCrN所表示的化合物构成的层。上述表面层例如可以是由TiN所表示的化合物构成的层。上述中间层例如可以是由TiAlN所表示的化合物构成的层。上述其他层的组成可以通过利用TEM附带的能量分散型X射线光谱法(TEM-EDX) 对上述剖面样品中的该其他层的整体进行元素分析来求出。此时的观察倍率例如为20000倍。
在不损害本实施方式的效果的范围内，对上述其他层的厚度没有特别地限定，例如可以列举为0.1μm以上2μm以下。该厚度例如可以通过利用透射电子显微镜以10000倍的倍率观察上述切削工具的剖面来测定。
《切削工具的制造方法》
本实施方式涉及的切削工具的制造方法包括：
准备上述基材的工序(以下，有时称为“第1工序”)；和
使用物理蒸镀法在上述基材上形成上述硬质层的工序(以下，有时称为“第2工序”)。
物理蒸镀法是指利用物理作用使原料(也称为“蒸发源”、“靶材”)气化，并使气化后的原料附着在基材等上的蒸镀方法。作为物理蒸镀法，例如可以列举出溅射法、电弧离子镀法等。特别是，本实施方式中使用的物理蒸镀法优选使用电弧离子镀法。
电弧离子镀法通过在装置内设置基材，同时设置靶材作为阴极，然后对该靶材施加高电流而产生电弧放电。由此，使构成靶材的原子蒸发并离子化，从而在施加了负偏压的基材上沉积而形成覆膜。
<第1工序：准备基材的工序>
在第1工序中准备基材。例如，准备了硬质合金基材或立方氮化硼烧结体作为基材。硬质合金基材和立方氮化硼烧结体可以使用市售的基材，也可以通过一般的粉末冶金法来制造。例如，在通过一般的粉末冶金法来制造硬质合金的情况下，首先通过球磨机等将WC 粉末和Co粉末等混合以得到混合粉末。在将该混合粉末干燥后，以预定的形状进行成形以得到成形体。进一步，通过烧结该成形体，以得到WC-Co系硬质合金(烧结体)。接着，通过对该烧结体实施珩磨处理等预定的切削刃加工，从而可以制造由WC-Co系硬质合金构成的基材。在第1工序中，即使是除上述以外的基材，只要是以往公知的基材，可以准备任意基材作为该种基材。
<第2工序：形成硬质层的工序>
在第2工序中，使用物理蒸镀法形成上述硬质层。作为该方法，根据要形成的硬质层的组成，可以使用各种方法。例如，可以列举出以下方法：使用使钛(Ti)、铝(Al)及硼(B)等的粒径分别变化的合金制靶材的方法、使用各自组成不同的多个靶材的方法、将成膜时施加的偏压设为脉冲电压的方法、成膜时使气体流量变化的方法、或在成膜装置中调整保持基材的基材支架(holder)的旋转速度的方法等。
例如，第2工序可以如下进行。首先，在成膜装置的腔室内，安装作为基材的任意形状的刀片。例如，将基材安装在旋转台上的基材支架的外表面，该旋转台在成膜装置的腔室内可旋转地配置在中央。接着，以夹着上述基材支架的方式相对地配置硬质层形成用的蒸发源。在基材支架上安装偏压电源。在硬质层形成用的蒸发源上安装电弧电源。在使上述基材以在腔室内的中央旋转的状态下，导入氮气等作为反应气体。进一步，将基材保持为：温度在400～800℃的范围内、反应气压在1～10Pa(氮气的分压为1～10Pa)的范围内、偏压电源的电压在20～50V(直流电源)的范围内，同时向硬质层形成用的蒸发源交替地供给80～200A的电弧电流。由此，从硬质层形成用的蒸发源产生金属离子，在上述基材上沉积硬质层。在经过预定的时间后，停止电弧电流的供给，从而在基材的表面上形成硬质层。此时，通过调节成膜时间，将硬质层的厚度调整在预定范围内。在上述第2工序中，不仅是参与切削加工的部分(例如切削刃附近的前刀面)，还可以在除参与切削加工的部分以外的上述基材的表面上形成硬质层。如上所述，与以往相比，通过将氮气分压设定得高、偏压设定得低，能够控制成膜时的晶体生长，从而实现混晶化。
以往，已知由TiAlN所表示的化合物构成的层(TiAlN层)以立方晶为主导，硬度优异。另一方面，已知在形成该TiAlN层时添加硼作为原料时，容易形成六方晶，硬度降低。因此，通常在形成 TiAlN层时，除了作为原料的钛、铝以外，没有使用硼的想法。本发明人不局限于这样的常识，首次发现在作为原料的钛、铝的基础上添加微量的硼来形成硬质层时，结果与预期相反，得到了具有优异的耐磨性的切削工具。
在本实施方式一个方面中，优选的是，将基材保持为：温度在 500～600℃的范围内、反应气压在5～10Pa(氮气的分压为5～10Pa) 的范围内、偏压电源的电压在30～50V(直流电源)的范围内，同时向硬质层形成用的蒸发源交替地供给80～120A的电弧电流。由此，能够使硬质层的硬度H和杨氏模量E在上述范围内。因此，上述硬质层的韧性和硬度提高。
(硬质层的原料)
在上述第2工序中，硬质层的原料含有钛、铝以及硼，例如可以列举出硼化钛、金属铝、硼化钛铝等。上述硬质层的原料的配合组成可以根据目标硬质层的组成适当地调整。上述硬质层的原料可以是粉末状、也可以是平板状。
在本实施方式中，上述反应气体根据上述硬质层的组成适当地设定。作为上述反应气体，例如可以列举出氮气和氩气的混合气体、氮气等。
<其他工序>
在本实施方式涉及的制造方法中，除了上述工序以外，在第1 工序与第2工序之间还可以适当地进行以下工序：对上述基材的表面进行离子轰击处理的工序、在基材与上述硬质层之间形成基底层的工序、在上述硬质层上形成表面层的工序、在第一硬质层与第二硬质层之间形成中间层的工序、以及进行表面处理的工序等。
在形成上述基底层、中间层及表面层等其他层的情况下，可以通过以往的方法形成其他层。
实施例
以下，通过列举实施例对本发明进行详细说明，但是本发明不限于此。
《切削工具的制作》
<基材的准备>
首先，作为要形成覆膜的对象的基材，准备了铣削加工用切削刃可转位切削刀片P(相当于JIS标准P30的硬质合金、 SEMT13T3AGSN)和铣削加工用切削刃可转位切削刀片K(相当于 JIS标准K30的硬质合金、SEMT13T3AGSN)(第1工序)。
<离子轰击处理>
在制作后述的覆膜之前，按照以下步骤对上述基材的表面进行离子轰击处理。首先，将上述基材设置在电弧离子镀装置中。接着，根据以下条件进行离子轰击处理。
气体组成：Ar(100％)
气压：0.5Pa
偏压：600V(直流电源)
处理时间：60分钟
<覆膜的制作>
通过在进行了离子轰击处理的上述基材的表面上形成表2所示的硬质层，从而制作了覆膜。以下，对硬质层的制作方法进行说明。
(硬质层的制作)
在试样1～12、试样102～107中，在使基材(铣削加工用切削刃可转位切削刀片P和铣削加工用切削刃可转位切削刀片K)以在腔室内的中央旋转的状态下，导入作为反应气体的氮气。进一步，在将基材保持为：温度为550℃、反应气压为8Pa(氮气的分压：8Pa)、偏压电源的电压为30V，同时向硬质层形成用的蒸发源供给120A的电弧电流。由此，从硬质层形成用的蒸发源产生金属离子，在经过预定的时间后停止电弧电流的供给，从而在基材的表面上形成表2所示组成的硬质层(第2工序)。这里，硬质层形成用的蒸发源使用表1 所示的原料组成。此时，以使硬质层具有表2所示的厚度的方式一边调整成膜时间一边制作。关于表2中的硬质层的组成，如上所述通过利用TEM附带的能量分散型X射线光谱法(TEM-EDX)对剖面样品的硬质层的整体进行元素分析来求出。此时的观察倍率为20000 倍。
通过以上工序，制作了试样1～12及试样101～107的切削工具。
[表1]
Figure BDA0003788989930000141
[表2]
Figure BDA0003788989930000151
《切削工具的特性评价》
使用如上所述制作的试样1～12及试样101～107的切削工具，如下所述评价切削工具的各特性。需要说明的是，试样1～12的切削工具对应于实施例，试样101～107的切削工具对应于比较例。
<覆膜的厚度(硬质层的厚度)的测定>
通过使用透射电子显微镜(TEM)(日本电子株式会社制，商品名：JEM-2100F)，测定与基材的表面的法线方向平行的剖面样品中的任意10点，获取测定的10点的厚度的平均值，从而求出覆膜的厚度(即硬质层的厚度)。结果如表2所示。
<硬质层的X射线衍射分析>
利用X射线衍射分析法(XDR分析法)对硬质层进行分析，求出(200)面和(002)面各自的X射线衍射强度I(200)和I(002)。X 射线衍射分析的条件如下所示。所求得的I(200)/I(002)和I(002)的半峰宽度如表3所示。
X射线衍射分析的条件
扫描轴：2θ-θ
X射线源：Cu-Kα线
Figure BDA0003788989930000161
检测器：0维检测器(闪烁计数器)
管电压：45kV
管电流：40mA
入射光学系统：利用反射镜
受光光学系统：利用分光(analyzer)晶体(PW3098/27)
步长：0.03°
累积时间：2秒
扫描范围(2θ)：20°～80°
另外，根据上述X射线衍射分析的结果，判断硬质层中有无立方晶和六方晶。结果如表3所示。
<硬质层的机械特性的分析(硬度和杨氏模量的分析)>
通过在“ISO 14577-1:2015Metallic materials-Instrumented indentationtest for hardness and materials parameters-”中所规定的标准程序的纳米压痕法，测定各切削工具的硬质层的硬度H和杨氏模量E。这里，将压头的压入深度设定为100nm。将压头的压入负荷设为1g。将测定温度设为室温(25℃)。另外，对于样品来说，使用以能够确保上述硬质层的截面积相对于上述压头的面积为10倍的面积的方式进行镜面加工后的剖面样品。测定装置使用株式会社 Elionix制造的ENT-1100a(商品名)。对10个剖面样品进行上述测定，将在各个样品中求出的硬度和杨氏模量的平均值作为该硬质层的硬度H和杨氏模量E。需要说明的是，排除乍一看就被认为是异常值的数据。另外，也求出上述硬度H相对于上述杨氏模量E的比H/E。结果如表3所示。
[表3]
Figure BDA0003788989930000171
《切削试验》
<切削评价(1)>
使用得到的切削工具(铣削加工用切削刃可转位切削刀片P)，在以下所示的切削条件下进行切削加工，测定切削刃的后刀面磨损量达到0.2mm为止的切削距离。结果如表4所示。在表4中，切削距离越长表示耐磨性越优异。
(切削条件)
被切削材料：SCM435(方材)
切削速度：250m/分钟
进给量：0.2mm/t
切入量(轴向)：2mm
切入量(径向)：工具直径的100％
干式
《切削试验》
<切削评价(2)>
使用得到的切削工具(铣削加工用切削刃可转位切削刀片K)，在以下所示的切削条件下进行切削加工，测定切削刃的后刀面磨损量达到0.3mm为止的切削距离。结果如表4所示。在表4中，切削距离越长表示耐磨性越优异。
(切削条件)
被切削材料：Inconel625(形状：方材)
切削速度：60m/分钟
进给量：0.15mm/t
切入量(轴向)：2mm
切入量(径向)：工具直径的70％
湿式
[表4]
Figure BDA0003788989930000191
<结果>
根据切削评价(1)的结果，试样1～12的切削工具的切削距离为3500mm以上，得到了良好的结果。另一方面，试样101～107的切削工具的切削距离为2500mm以下。由以上结果可知，实施例涉及的试样1～12的切削工具的耐磨性优异(表4)。
根据切削评价(2)的结果，试样1～12的切削工具的切削距离为1200mm以上，得到了良好的结果。另一方面，试样101～107的切削工具的切削距离为600mm以下。由以上结果可知，实施例涉及的试样1～12的切削工具的耐磨性优异(表4)。
如上所述，对本发明的实施方式和实施例进行了说明，但是最初预定的是可以将上述的各实施方式和各实施例的构成适当组合。
应当认为，本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例性的，而非限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式和实施例表示，而是由权利要求书表示，并且旨在包括与权利要求等同的含义和范围内的所有修改。
标号的说明
1前刀面、2后刀面、3切削刃棱线部、10切削工具、11基材、 20硬质层、23立方晶的柱状晶体、24六方晶的柱状晶体、31基底层、 32表面层、40覆膜。

Claims (4)

1.一种切削工具，具备：
基材和设置在所述基材上的硬质层，
所述硬质层由TiaAlbBcN所表示的化合物构成，
所述TiaAlbBcN的钛元素的原子比a为0.25以上且小于0.55，
所述TiaAlbBcN的铝元素的原子比b为0.45以上且小于0.75，
所述TiaAlbBcN的硼元素的原子比c超过0且为0.1以下，
所述原子比a、所述原子比b及所述原子比c的合计为1，
所述硬质层的(200)面的X射线衍射峰的强度I(200)相对于(002)面的X射线衍射峰的强度I(002)的比I(200)/I(002)为2以上10以下，
所述(002)面的X射线衍射峰的半值宽度为2度以上8度以下。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，室温的所述硬质层的硬度H为30GPa以上。
3.根据权利要求2所述的切削工具，其中，室温的所述硬质层的硬度H相对于所述硬质层的杨氏模量E的比H/E为0.07以上。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的切削工具，其中，所述硬质层的厚度为1μm以上20μm以下。
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