CN115916437A

CN115916437A - 涂层刀具以及切削刀具

Info

Publication number: CN115916437A
Application number: CN202180040173.4A
Authority: CN
Inventors: 熊井健二
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-04-04
Also published as: US20230219144A1; KR20230007483A; DE112021003495T5; JPWO2022004521A1; WO2022004521A1

Abstract

本公开的未被限定的一例的涂层刀具具有基体以及位于该基体之上的涂层。所述涂层刀具具备第一面、与该第一面相邻的第二面以及位于所述第一面与所述第二面的棱线部的至少一部分的切削刃。所述涂层具有Al₂O₃层。该Al₂O₃层具有当在与所述基体的表面平行的所述涂层的表面测定了所述Al₂O₃层的断裂韧性值的情况下该断裂韧性值为5MPa·m^0.5以上的第一区域。

Description

涂层刀具以及切削刀具

相关申请的相互参照

本申请主张在2020年6月30日申请的日本专利申请2020-112955号的优先权，并将该在先申请的公开整体引用于此以供参照。

技术领域

本公开涉及涂层刀具以及具有其的切削刀具。

背景技术

用于切削刀具等的涂层刀具在基体之上具有涂层。涂层由CVD法、PVD法来成膜。作为通过CVD法成膜的涂层的例子，可列举在基体之上依次层叠有TiN层、TiCN层、Al₂O₃层的涂层。

由CVD法成膜的涂层有时具有较大的残留应力。为了缓和该残留应力而进行将陶瓷粒子向涂层投射的措施。

例如，在日本专利第4739235号公报(专利文献1)中记载有对涂层实施基于陶瓷磨粒的喷砂处理。

发明内容

本公开的未被限定的一例的涂层刀具具有基体以及位于该基体之上的涂层。所述涂层刀具具备第一面、与该第一面相邻的第二面以及位于所述第一面与所述第二面的棱线部的至少一部分的切削刃。所述涂层具有Al₂O₃层。该Al₂O₃层具有当在与所述基体的表面平行的所述涂层的表面测定了所述Al2O3层的断裂韧性值的情况下该断裂韧性值为5MPa·m^0.5以上的第一区域。

附图说明

图1是示出本公开的未被限定的实施方式的涂层刀具的立体图。

图2是图1所示的涂层刀具中的II-II截面的剖视图。

图3是图2所示的涂层刀具中的涂层附近的放大图。

图4是球状陶瓷粒子的电子显微镜(SEM)照片。

图5是角状陶瓷粒子的电子显微镜(SEM)照片。

图6是示出本公开的未被限定的实施方式的切削刀具的立体图。

具体实施方式

<涂层刀具>

以下，使用附图对本公开的未被限定的实施方式的涂层刀具1详细地进行说明。但是，在以下参照的各图中，为了方便说明，仅简化示出在说明实施方式的方面所需的主要构件。因而，涂层刀具1能具备未在参照的各图中示出的任意构成构件。另外，各图中的构件的尺寸并不如实地表示实际的构成构件的尺寸以及各构件的尺寸比率等。

在图1～图3中，作为涂层刀具1的一例，示出能够应用于切削刀具的切削刀片。涂层刀具1除了切削刀具之外，例如，也能够应用于滑动部件、模具等耐摩部件、挖掘工具、刃物等工具以及耐冲击部件等。需要说明的是，涂层刀具1的用途并不限定于例示的内容。

涂层刀具1也可以具有基体2以及位于基体2之上的涂层3。

作为基体2的材质，例如可以列举出硬质合金、陶瓷以及金属等。作为硬质合金，例如可以列举出使由WC(碳化钨)与根据希望而选自WC以外的周期表第4、5、6族金属的碳化物、氮化物、碳氮化合物的组中的至少1种构成的硬质相以由Co(钴)、Ni(镍)等铁属金属构成的粘结相粘结而成的超硬合金等。另外，作为其他硬质合金，也可以列举出Ti基金属陶瓷等。作为陶瓷，例如，可以列举出Si₃N₄(氮化硅)、Al₂O₃(氧化铝)、金刚石以及cBN(立方晶氮化硼)等。作为金属，例如可以列举出碳钢、高速钢以及合金钢等。需要说明的是，基体2的材质并不限定于例示的材质。

涂层3既可以覆盖基体2的表面4的整个面，另外，也可以仅覆盖一部分。可以说在涂层3仅覆盖基体2的表面4的一部分时涂层3位于基体2之上的至少一部分。

涂层3也可以由化学蒸镀(CVD)法成膜。换言之，涂层3也可以是CVD膜。

涂层3并不限定于特定的厚度。例如，涂层3的厚度可以设定为1～30μm。需要说明的是，涂层3的厚度、构造、构成涂层3的结晶的形状等的测定例如可以通过使用了电子显微镜的截面观察来进行。作为电子显微镜，例如，可列举出扫描式电子显微镜(SEM)以及透过电子显微镜(TEM)等。

如图1以及图2所示的未被限定的一例那样，涂层刀具1可以具备：第一面5(上表面)、与第一面5相邻的第二面6(侧面)以及位于第一面5与第二面6的棱线部的至少一部分的切削刃7。

第一面5也可以是前刀面。第一面5既可以是其整个面为前刀面，另外，也可以是其一部分为前刀面。例如，第一面5中的沿着切削刃7的区域也可以是前刀面。

第二面6也可以是后刀面。第二面6既可以是其整个面为后刀面，另外，也可以是其一部分为后刀面。例如，第二面6中的沿着切削刃7的区域也可以是后刀面。

切削刃7既可以位于棱线部的一部分，另外，也可以位于棱线部的全部。切削刃7能够用于被切削件的切削。

如图1所示的未被限定的一例那样，涂层刀具1也可以是四边板形状。需要说明的是，涂层刀具1的形状并不限定于四边板形状。例如，第一面5也可以是三角形、五边形、六边形或者圆形。另外，涂层刀具1也可以是柱形状。

涂层刀具1并不限定于特定的大小。例如，第一面5的一边的长度可以设定为3～20mm左右。另外，从第一面5到位于第一面5的相反侧的面(下表面)的高度也可以设定为5～20mm左右。

这里，如图3所示的未被限定的一例那样，涂层3也可以具有Al₂O₃层8。

Al₂O₃层8也可以是含有Al₂O₃粒子的层。另外，Al₂O₃层8也可以是含有Al₂O₃来作为主要成分的层。“主要成分”的意思可以是指与其他成分相比质量％的值最大的成分。这些点在其他层中也可以同样地定义。

Al₂O₃层8也可以具有第一区域。第一区域也可以是断裂韧性值为5MPa·m^0.5以上。该断裂韧性值也可以是在与基体2的表面4平行的涂层3的表面9测定了Al₂O₃层8的断裂韧性值的情况下的值。

上述的“平行”的意思并不限定于严格的平行，也可以是指允许±10°左右的倾斜。另外，断裂韧性值也可以通过利用纳米压痕仪对已镜面加工的面进行压入试验，并使用电场释放型扫描电子显微镜(FE-SEM)对得到的压痕进行裂纹的观察来测定。在镜面研磨中，也可以使用将tomeidiamond株式会社制的平均颗粒直径1～3μm的金刚石研磨膏与山桂工业株式会社制的橄榄油调整为研磨膏浓度成为20～30质量％的材料。作为纳米压痕仪，例如，也可以使用株式会社elionix社制的超微小压入硬度试验机ENT-1100b/a来测定。压入载荷为700(mN)且在测定中使用的压头也可以使用株式会社toyo-technica社制的玻式压头ENT-20-13。断裂韧性值也可以以JIS R 1607：2015为基准来测定。裂纹的观察也可以使用日本电子株式会社制的JSM-7100F来进行。

在Al₂O₃层8具有上述的第一区域的情况下，涂层3难以缺损，因此在耐缺损性方面优异。需要说明的是，既可以是Al₂O₃层8的全部由第一区域构成，另外，也可以是Al₂O₃层8的一部分由第一区域构成。以后，将第一区域的断裂韧性值称作第一断裂韧性值。第一断裂韧性值的上限值也可以是10MPa·m^0.5。

Al₂O₃层8也可以在第一面5以及第二面6分别具有第一区域。在这种情况下，第一面5以及第二面6难以缺损。

Al₂O₃层8也可以具有第二区域。涂层刀具1中的Al₂O₃层8不需要在全部的区域具备高断裂韧性。例如，在不涉及切削的区域、即使是涉及切削的区域却不施加较大的力、冲击的区域配置第二区域。需要说明的是，不涉及切削的区域也可以是指从切削刃7向第一面5以及第二面6方向分离1mm以上的区域。第二区域也可以是断裂韧性值小于5MPa·m^0.5。该断裂韧性值也可以是在与基体2的表面4平行的涂层3的表面9测定了Al₂O₃层8的断裂韧性值的情况下的值。

本公开的第一区域例如由经过使用了具有规定的硬度的球状的陶瓷粉末的喷砂处理工序而得到。在喷砂处理工序中，也可以使用所谓的干喷砂、湿喷砂。湿喷砂具有在陶瓷粉末的处理性方面优异这样的优点。

在Al₂O₃层8具有上述的第一区域与第二区域的情况下，也能够缩短喷砂处理工序的时间，并能够以低成本制作涂层刀具1。以后，将第二区域的断裂韧性值称作第二断裂韧性值。需要说明的是，第二断裂韧性值的下限值也可以是0.3MPa·m^0.5。

在将第一区域的硬度设为第一硬度，将第二区域的硬度设为第二硬度的情况下，第二硬度也可以比第一硬度大。在这种情况下，涂层刀具1的耐磨损性高。

第一硬度以及第二硬度并不限定于特定的值。例如，第一硬度也可以设定为10～30GPa左右。第二硬度也可以设定为15～30GPa左右。第一硬度以及第二硬度例如也可以通过与Al₂O₃层8的断裂韧性值的测定相同地使用了纳米压痕仪的压入试验来测定。作为纳米压痕仪，例如，也可以使用株式会社elionix社制的超微小压入硬度试验机ENT-1100b/a来测定。压入载荷为700(mN)且在测定中使用的压头也可以使用株式会社toyo-technica社制的玻式压头ENT-20-13。

Al₂O₃层8也可以在第一面5具有第一区域，另外，也可以在第二面6具有第二区域。在这种情况下，涂层刀具1的耐磨损性以及耐缺损性高。

涂层3也可以在基体2与Al₂O₃层8之间具有Ti系涂层10。Ti系涂层10也可以是含有TiCN粒子或TiC粒子或者TiN粒子的层。另外，Ti系涂层10也可以是含有TiCN以作为主要成分的层。

Ti系涂层10也可以具有第三区域。第三区域也可以是断裂韧性值为10MPa·m^0.5以上。该断裂韧性值也可以是在与基体2的表面4平行的涂层3的表面9测定了Ti系涂层10的断裂韧性值的情况下的值。

在Ti系涂层10具有上述的第三区域的情况下，涂层3难以缺损，因此在耐缺损性方面优异。需要说明的是，既可以是Ti系涂层10的全部由第三区域构成，另外，也可以是Ti系涂层10的一部分由第三区域构成。以后，将第三区域的断裂韧性值称作第三断裂韧性值。第三断裂韧性值的上限值也可以是20MPa·m^0.5。

Ti系涂层10也可以具有第四区域。涂层刀具1的Ti系涂层10不需要在全部的区域具备高断裂韧性。例如，也可以是在不涉及切削的区域、即使是涉及切削的区域却不施加较大的力、冲击的区域配置第四区域。需要说明的是，不涉及切削的区域也可以是指从切削刃7向第一面5以及第二面6方向分离1mm以上的区域。第四区域也可以是断裂韧性值小于10MPa·m^0.5。该断裂韧性值也可以是在与基体2的表面4平行的涂层3的表面9测定了Ti系涂层10的断裂韧性值的情况下的值。

本公开的第三区域例如由经过使用了具有规定的硬度的球状的陶瓷粉末的喷砂处理工序而得到。在喷砂处理工序中，也可以使用所谓的干喷砂、湿喷砂。湿喷砂具有在陶瓷粉末的处理性方面优异这样的优点。

在Ti系涂层10具有上述的第三区域与第四区域的情况下，也能够缩短喷砂工序的时间，能够以低成本制作涂层刀具1。以后，将第四区域的断裂韧性值称作第四断裂韧性值。需要说明的是，第四断裂韧性值的下限值也可以是1.5MPa·m^0.5。

在将第三区域的硬度设为第三硬度，将第四区域的硬度设为第四硬度的情况下，第三硬度也可以比第四硬度大。在这种情况下，涂层刀具1的耐磨损性高。

第三硬度以及第四硬度并不限定于特定的值。例如，第三硬度也可以设定为15～30GPa左右。第四硬度也可以设定为10～30GPa左右。第三硬度以及第四硬度也可以设为与第一硬度以及第二硬度相同地测定。

第一区域也可以位于第三区域之上，另外，第二区域也可以位于第四区域之上。在这种情况下，耐缺损性高，也能够缩短喷砂处理工序的时间，能够以低成本制作涂层刀具1。

Al₂O₃层8在X射线衍射中，也可以是(104)面的半值宽度为0.15°以上。在这种情况下，涂层3难以缺损，在耐缺损性方面优异。Al₂O₃层8的(104)面的半值宽度也可以如以下那样测定。(104)面也可以以JCPDS卡片编号00-010-0173为基准。在Al₂O₃层8由湿喷砂处理而露出的情况下，也可以在将该露出的Al₂O₃层8的表面镜面研磨得到的镜面进行XRD测定。在Al₂O₃层8未露出的情况下，也可以是持续镜面研磨处理直到Al₂O₃层8露出为止，而在Al₂O₃层8的露出了的镜面进行XRD测定。Al₂O₃层8的XRD测定可以选择表面的凹凸少的面来进行。XRD测定也可以使用株式会社Rigaku社制的MiniFlex600来进行。对于测定条件而言，也可以以如下进行，将特性X射线设为CuKβ线，输出为40kV、15mA，发信侧索勒狭缝2.5°，长度限制狭缝5.0mm，扩散狭缝0.625°，散射狭缝8.0mm，受光侧索勒狭缝2.5°，受光狭缝13.0mm，将步长设为0.01°，将计测速度设为2.0°/分钟，将扫描角度设为20°～90°。需要说明的是，Al₂O₃层8的(104)面的半值宽度的上限值也可以是2.0°。

涂层3也可以具有Al₂O₃层8以及Ti系涂层10以外的层。作为其他层，例如，可列举出TiC层以及TiN层等。如图3所示的未被限定的一例那样，涂层3也可以是在基体2之上依次层叠有TiN层11、Ti系涂层10、Al₂O₃层8的结构，而且，也可以是在Al₂O₃层8之上层叠有TiN层12等的结构。Al₂O₃层8可以与Ti系涂层10接触。需要说明的是，为了方便，也可以将TiN层11称作第一TiN层11，将TiN层12称作第二TiN层12。

第一TiN层11、Ti系涂层10、Al₂O₃层8以及第二TiN层12各自的厚度并不限定于特定的值。例如，第一TiN层11的厚度也可以设定为0.1～3.0μm。Ti系涂层10的厚度也可以设定为1.0～20μm。Al₂O₃层8的厚度也可以设定为1.0～20μm。第二TiN层12的厚度也可以设定为0.1～10μm。

涂层刀具1也可以具有贯通孔13。贯通孔13能够用于在将涂层刀具1保持于刀柄时安装固定螺钉或者夹持构件等。贯通孔13既可以通过从第一面5到位于第一面5的相反侧的面(下表面)而形成，另外，也可以在这些面开口。需要说明的是，贯通孔13即使是在第二面6中的相互对置的区域开口的结构也没有任何问题。

<涂层刀具的制造方法>

接下来，举出制造涂层刀具1的情况为例对本公开的未被限定的实施方式的涂层刀具的制造方法进行说明。

也可以最初制作基体2。作为基体2，举出制造由硬质合金构成的基体2的情况为例进行说明。首先，也可以是，向通过烧制能够形成基体2的金属碳化物、氮化物、碳氮化合物、氧化物等无机物粉末适当添加并混合金属粉末、碳粉末等，从而得到混合粉末。接下来，也可以是，利用冲压成形、浇铸成形、挤出成形、冷等静压成形等公知的成形方法将该混合粉末成形为规定的刀具形状，并得到成形体。然后，也可以是，通过将已得到的成形体在真空中或者非氧化性环境氛围中烧制从而得到基体2。也可以对基体2的表面4实施研磨加工、珩磨加工。

接下来，也可以是，利用CVD法在得到的基体2的表面4成膜涂层3。另外，也可以是，对已成膜的涂层3实施湿喷砂处理。以下，将实施湿喷砂处理前的状态的涂层3以及涂层刀具1称作未处理涂层、未处理涂层刀具。而且，将已实施湿喷砂处理的未处理涂层称作涂层3，将未处理涂层刀具称作涂层刀具1。进行湿喷砂处理之前的工序也可以称作准备在基体2之上具有未处理涂层的未处理涂层刀具的第一工序。

作为未处理涂层，例如，也可以是，在基体2之上依次成膜第一TiN层11、Ti系涂层10、Al₂O₃层8。而且，也可以是，在Al₂O₃层8之上成膜第二TiN层12等。

第一TiN层11也可以如以下那样成膜。首先，也可以是，作为反应气体组成，调整由以0.1～10体积％包含的四氯化钛(TiCl₄)气体、以10～60体积％包含的氮气(N₂)气体、剩余为氢(H₂)气体构成的混合气体。然后，也可以是，将该混合气体向室内导入，并将温度设定为800～1010℃，将压力设定为10～85kPa，且将第一TiN层11成膜。需要说明的是，该成膜条件也能够应用于第二TiN层12。

Ti系涂层10也可以如以下那样成膜。首先，也可以是，作为反应气体组成，调整由以0.1～10体积％包含的四氯化钛(TiCl₄)气体、以0.1～3.0体积％包含的乙腈(CH₃CN)气体、剩余为氢(H₂)气体构成的混合气体。然后，也可以是，将该混合气体向室内导入，并将温度设定为800～1050℃，将压力设定为5～30kPa，且将Ti系涂层10成膜。

Al₂O₃层8也可以如以下那样成膜。首先，也可以是，作为反应气体组成为，调整由以0.5～5体积％包含的三氯化铝(AlCl₃)气体、以0.5～3.5体积％包含的氯化氢(HCl)气体、以0.5～5体积％包含的二氧化碳(CO₂)气体、以0.5体积％以下包含的硫化氢(H2S)气体、剩余为氢(H2)气体构成的混合气体。然后，也可以是，将该混合气体向室内导入，并将温度设定为930～1010℃，将压力设定为5～10kPa，且将Al₂O₃层8成膜。

接下来，也可以是，进行对已成膜的未处理涂层实施湿喷砂处理的工序。该工序也可以是对未处理涂层碰撞硬度(HV)为1000以上的球状陶瓷粒子的第二工序。HV(Vickershardness：维氏硬度)也可以以JIS Z 2244：2009为基准来测定。需要说明的是，球状陶瓷粒子的硬度(HV)的上限值也可以是2500。

球状陶瓷粒子等介质的硬度也可以通过基于载荷一除荷试验的硬度测定来测定。也可以是，在硬度的测定时，使用将介质与埋入树脂混合之后使混合体固化而制作成的固化体。也可以是，对将该固化体的表面研磨而在研磨面露出的介质测定硬度。埋入树脂例如也可以使用Kulzer社制的Technovit4004。也可以是，将进行测定的介质与埋入树脂以3：1(质量比)的比例混合而设为固化体，并进行表面的研磨。也可以是，在研磨后，对固化体的介质露出了的部分进行硬度测定。测定也可以通过使用动态超微小硬度计DUH-211S来进行。也可以是，在测定压头为棱间角115°且为三角锥压头(金刚石制)，试验力为49(mN)，载荷速度为2.665(mN/秒)，保持时间为5秒的条件下进行测定。可以是，测定次数进行10次，并进行其平均值的测定。

第二工序既可以对未处理涂层的表面的整个面进行，另外，也可以对一部分进行。未处理涂层的进行了第二工序的部分容易使得Al₂O₃层8具有第一区域，另外，容易使得Ti系涂层10具有第三区域。未处理涂层的未进行第二工序的部分容易使得Al₂O₃层8具有第二区域，另外，容易使得Ti系涂层10具有第四区域。

在湿喷砂处理中，也可以对未处理涂层投射在液体中含有球状陶瓷粒子的喷砂液。需要说明的是，喷砂液也称作浆料。液体例如也可以使用水。

球状陶瓷粒子的意思也可以指不是将原料粉碎而得到的粒子。为了与球状陶瓷粒子区别开，也可以将粉碎原料而得到的陶瓷粒子称作角状陶瓷粒子。在图4中示出球状陶瓷粒子的照片。另外，在图5中示出角状陶瓷粒子的照片。球状陶瓷粒子密度也可以是6g/cm³以下。密度为6g/em³以下的球状陶瓷粒子由于密度比较小因此容易在水中分散，适合于湿喷砂。例如，Al₂O₃粒子的密度约4g/cm³。

如图5所示的照片那样，角状陶瓷粒子也可以以不定形具有角。角状陶瓷粒子既可以是将原料粒子粉碎等而制造出的陶瓷粒子，另外，也可以是通过粉碎工序粉而形成有粉碎面以及角的陶瓷粒子。在以往的湿喷砂处理中使用的是角状陶瓷粒子。

另一方面，如图4所示的照片那样，球状陶瓷粒子也可以是没有角且接近正球的形状。球状陶瓷粒子的形状并不必须是正球，只要没有粉碎面、锐角的角，就能够允许多少从球的变形。

需要说明的是，作为与球状陶瓷粒子形状类似的粒子，可列举出球状的金属粒子。球状金属粒子虽然形状与球状陶瓷粒子类似，但与球状陶瓷粒子相比密度较重并且柔软。例如，球状金属粒子的密度为7～8g/cm³。另外，球状金属粒子的硬度(HV)小于1000。推测为起因于这种特性，但在使用了球状金属粒子的情况下，难以得到具有第一区域、第三区域的涂层刀具1。另外，起因于密度较重，球状金属粒子难以在水中分散，不适合湿喷砂。

出于相同的理由，即使是球状陶瓷粒子，若较多含有硬度(HV)小于1000的玻璃珠、玻璃成分，则难以得到具有第一区域、第三区域的涂层刀具1。

在湿喷砂处理中，能够使用各种大小的球状陶瓷粒子。当使用平均颗粒直径大的球状陶瓷粒子时，喷砂时间容易缩短。球状陶瓷粒子的平均颗粒直径也可以设为200μm以下。

另外，球状陶瓷粒子的平均颗粒直径也可以为30μm以上且100μm以下。若使用该范围的球状陶瓷粒子，则能够再现性良好地对各种未处理涂层进行喷砂处理。

球状陶瓷粒子的平均颗粒直径也可以由激光衍射法来测定。另外，在球状陶瓷粒子与角状陶瓷粒子混合的情况下，也可以是，使喷砂液干燥，并利用SEM照片提取球状陶瓷粒子，作为从照片得到的各个球状陶瓷粒子100个的圆当量直径的平均值。

球状陶瓷粒子的平均圆形度也可以是0.82以上。特别是，球状陶瓷粒子的平均圆形度也可以是0.88以上。在这种情况下，所制造的涂层刀具的耐缺损性高。需要说明的是，平均圆形度的上限值也可以是0.98。

平均圆形度如以下那样测定。首先，也可以是，在利用SEM或者TEM对粒子像进行了拍摄之后，使用图像分析软件(例如，mountech社制的“Mac-ViewVersion.4”)对粒子的投影面积(S)与周围长(L)进行测定。接下来，也可以是，将得到的测定值适用于式：4πS/L2从而计算圆形度。圆形度的计算可以对任意选择出的100个粒子进行，并将其平均值作为平均圆形度。

作为球状陶瓷粒子的材质，例如，可列举出Al₂O₃、ZrO₂以及SiC等。需要说明的是，在使用密度大的材质的球状陶瓷粒子的情况下，也可以使平均颗粒直径较小。在使用密度小的材质的球状陶瓷粒子的情况下，也可以使平均颗粒直径较大。

也可以是，相对于水含有10～40体积％的球状陶瓷粒子，并制作喷砂液。

对于喷砂液的投射条件而言，也可以将投射压设为0.15～0.30MPa且将投射时间设为0.4～10.0秒。当喷砂液的投射时间超过10.0秒时，由于未处理涂层的剥离容易变大，因此不适合。需要说明的是，也可以是，在对未处理涂层投射喷砂液时，Al₂O₃层8的至少一部分残留。

例如，能够以上述那样的工序来制造涂层刀具1。

需要说明的是，也可以含有一部分喷砂液角状的陶瓷粒子。在那样的情况下，也可以是陶瓷粒子中的、50体积％以上为球状陶瓷粒子。

也可以是，在投射含有球状陶瓷粒子的喷砂液之前，投射含有角状陶瓷粒子的喷砂液。另外，也可以是，在投射含有球状陶瓷粒子的喷砂液之后，投射含有角状陶瓷粒子的喷砂液。通过投射含有球状陶瓷粒子的喷砂液，从而对于变高的涂层3的断裂韧性值而言，即使投射含有角状陶瓷粒子的喷砂液，也难以变低。

需要说明的是，在对未处理涂层投射含有球状陶瓷粒子的喷砂液时，例如，也可以使用市售的湿式喷砂装置。

在未处理涂层刀具中，未处理涂层也可以具有拉伸应力。需要说明的是，拉伸应力并不限定于特定的值。拉伸应力的绝对值也可以设定为50～500MPa左右。

未处理涂层也可以具有压缩应力。需要说明的是，压缩应力并不限定于特定的值。压缩应力的绝对值也可以设定为50～2000MPa左右。

拉伸应力、压缩应力也可以通过使用了X射线应力测定装置(XRD)的sin2ψ法来测定。需要说明的是，在残留应力的测定时，Al₂O₃层8也可以选择α型Al₂O₃的(116)面来测定。Ti系涂层10也可以选择TiCN的(422)面来测定。

在得到的涂层刀具1中，也可以对包含切削刃7的区域实施研磨加工。由此，包含切削刃7的区域变得平滑。其结果是，被切削件的熔敷得到抑制，切削刃7的耐缺损性高。

需要说明的是，上述的制造方为制造法涂层刀具1的方法的一例。因而，涂层刀具1并不限定于由上述的制造方法制作出的涂层刀具是不言而喻的。

<切削刀具>

接下来，关于本公开的未被限定的实施方式的切削刀具101，举出具有上述的涂层刀具1的情况为例并参照图6来详细地进行说明。

如图6所示的未被限定的一例那样，切削刀具101可以具有：刀柄102，其具有从第一端102a到第二端102b的长度，并具有位于第一端102a的一侧的刀槽103；以及涂层刀具1，其位于刀槽103。在切削刀具101具有涂层刀具1的情况下，涂层刀具1在耐缺损性方面优异，因此能够进行长时间稳定的切削加工。

刀槽103也可以是供涂层刀具1安装的部分。刀槽103也可以在刀柄102的外周面以及第一端102a的一侧的端面开口。

涂层刀具1也可以以切削刃7从刀柄102向外侧突出的方式安装于刀槽103。另外，涂层刀具1也可以通过固定螺钉104来安装于刀槽103。即，也可以是，向涂层刀具1的贯通孔13插入固定螺钉104，使该固定螺钉104的前端插入于在刀槽103形成的螺孔并使螺纹部彼此螺合，由此涂层刀具1被安装于刀槽103。也可以在涂层刀具1与刀槽103之间夹着片材。

作为刀柄102的材质，例如，可列举出钢以及铸铁等。在刀柄102的材质为钢的情况下，刀柄102的韧性高。

在图6所示的一例中，例示出用于所谓的车削加工的切削刀具101。作为车削加工，例如，可列举出内径加工、外径加工以及开槽加工等。需要说明的是，切削刀具101的用途并不限定于车削加工。例如，即使将切削刀具101用于转削加工也没有任何问题。

以下，举出实施例来详细说明本公开，但本公开并不限定于以下的实施例。

【实施例】

[试样No.1～11]

<涂层刀具的制作>

首先，制作基体。具体而言，对平均颗粒直径1.2μm的WC粉末，以6质量％的比率添加混合平均颗粒直径1.5μm的金属Co粉末，以2.0质量％的比率添加混合TiC(碳化钛)粉末，以0.2质量％的比率添加混合Cr₃C₂(碳化铬)粉末，并制作出混合原料粉末。接下来，将混合原料粉末冲压成形而成形为切削刀具形状(CNMG120408)，并得到成形体。对已得到的成形体实施脱粘合剂处理，在0.5～100Pa的真空中以1400℃烧制1小时来制作出由超硬合金构成的基体。对制作出的基体的前刀面(第一面)的一侧以刷光加工实施刀尖处理(R珩磨)。

接下来，在该基体之上成膜出未处理涂层。具体而言，在基体之上从基体的一侧起依次成膜有第一TiN层、Ti系涂层、Al₂O₃层、第二TiN层。成膜条件以及厚度如以下那样。需要说明的是，厚度是通过由SEM进行的截面测定得到的值。

(第一TiN层)

TiCl₄气体：1.0体积％

N₂气体：55.0体积％

H₂气体：剩余部分

温度：850℃

压力：16kPa

厚度：1.0μm

(Ti系涂层)

TiCl₄气体：7.0体积％

CH₃CN气体：0.5体积％

H₂气体：剩余部分

温度：850℃

压力：10kPa

厚度：7.0μm

(Al₂O₃层)

AlCl₃气体：4.2体积％

HCl气体：0.9体积％

CO₂气体：4.5体积％

H₂S气体：0.3体积％

H₂气体：剩余部分

温度：950℃

压力：9kPa

厚度：8.0μm

(第二TiN层)

TiCl₄气体：3.0体积％

N₂气体：40.0体积％

H₂气体：剩余部分

温度：1010℃

压力：30kPa

厚度：2.0μm

接下来，作为介质，以相对于水分别包含25体积％的由表1所示的平均颗粒直径的球状Al₂O₃粒子、锆石(ZrSiO₄)构成的球状粒子、角状Al₂O₃粒子的方式调整喷砂液。需要说明的是，介质的硬度(HV)是如以下那样测定出的值。

(介质硬度)

在喷砂处理中使用了的介质的硬度通过基于载荷-除荷试验的硬度测定来测定。首先，利用埋入树脂(Kulzer社制的Technovit4004)固定进行测定的介质并进行了表面的研磨。具体而言，对将液状的固化树脂与固化剂以3∶1(质量比)混合而成的树脂1g加入3gAl₂O₃粉末，并在混合了之后，在常温(23℃)下使其固化1小时左右而得到固化体。之后，使用了将该固化体研磨的顺序。在研磨后，对固化体的介质露出了的部分进行硬度测定。测定使用了动态超微小硬度计DUH-211S来进行。在测定压头为棱间角115°且三角锥压头(金刚石制)，试验力为49(mN)，载荷速度为2.665(mN/秒)，保持时间为5秒的条件下进行了测定。测定次数进行10次，并进行其平均值的测定。

以将压缩空气的压力(投射压)设为0.2MPa且表1所示的时间将已调整的喷砂液向未处理涂层投射，并得到涂层刀具。需要说明的是，喷砂液对第一面以及第二面的涉及切削的区域进行了投射。涉及切削的区域为从切削刃起向第一面以及第二面的方向小于1mm的区域。

◎【表1】

<评价>

关于已得到的涂层刀具，测定了第一～第四断裂韧性值以及第一～第四硬度。另外，测定了涉及切削的区域的(104)面的半值宽度。而且，使用得到的涂层刀具来进行切削评价，并对耐缺损性进行了评价。将测定方法在以下示出，并且将结果在表2以及表3中示出。

(第一～第四断裂韧性值)

利用纳米压痕仪对已镜面加工的面进行压入试验，使用电场释放型扫描电子显微镜(FE-SEM)来对得到的压痕进行裂纹的观察，并对断裂韧性值进行了测定。作为纳米压痕仪而使用株式会社elionix社制的超微小压入硬度试验机ENT-1100b/a进行了测定。压入载荷为700(mN)且在测定中使用的压头使用了株式会社toyo-technica社制的玻式压头ENT-20-13来进行测定。断裂韧性值以JIS R 1607：2015为基准进行了测定。裂纹的观察使用日本电子株式会社制的JSM一7100F来进行。

在Al₂O₃层由湿喷砂处理而露出的情况下，在将该露出的Al₂O₃层的表面镜面研磨而得到的镜面测定了断裂韧性值。在Al₂O₃层未露出的情况下，持续进行镜面研磨处理直到Al₂O₃层露出为止，在Al₂O₃层的露出的镜面测定了断裂韧性值。

Ti系涂层的断裂韧性值也是通过实施镜面研磨直到Ti系涂层从涂层的表面露出为止且在该露出的Ti系涂层的镜面进行测定而得到。

需要说明的是，在镜面研磨中使用了将tomeidiamond株式会社制的平均颗粒直径1.4μm的金刚石研磨膏与山桂工业株式会社制的橄榄油调整成研磨膏浓度成为25质量％得到的材料。另外，镜面研磨以镜面相对于基体的表面平行的方式进行。

(第一～第四硬度)

通过使用了纳米压痕仪的压入试验来进行测定。作为纳米压痕仪而使用了株式会社elionix社制的超微小压入硬度试验机ENT-1100b/a。压入载荷为700(mN)且在测定中使用的压头使用了株式会社toyo-technica社制的玻式压头ENT-20-13。

(涉及切削的区域的(104)面的半值宽度)

对已实施湿喷砂处理的面的涉及切削的区域的(104)面的半值宽度进行了测定。Al₂O₃层的(104)面将JCPDS卡片编号00-010-0173作为基准。在Al₂O₃层由湿喷砂处理而露出的情况下，在将该露出的Al₂O₃层的表面镜面研磨而得到的镜面进行了XRD测定。在Al₂O₃层未露出的情况下，持续进行镜面研磨处理直到Al₂O₃层露出为止，在Al₂O₃层的露出的镜面进行了XRD测定。Al₂O₃层的XRD测定选择表面的凹凸少的面来进行。XRD测定使用株式会社Rigaku社制的MiniFlex600来进行。对于测定条件而言，也可以以如下进行，将特性X射线设为CuKβ线，输出为40kV、15mA，发信侧索勒狭缝2.5°，长度限制狭缝5.0mm，扩散狭缝0.625°，散射狭缝8.0mm，受光侧索勒狭缝2.5°，受光狭缝13.0mm，且将步长设为0.01°，将计测速度设为2.0°/分钟，将扫描角度设为20°～90°。

(切削评价)

在以下的条件下进行断续切削试验。

被切削件：机械构造用碳钢(S45C开槽有16条槽的钢材)

工具形状：CNMG120408

切削速度：48m/分钟

送速度：0.27mm/rev

切入：1.0mm

其他：使用水溶性切削液

评价项目：测定到达缺损的冲击次数

◎【表2】

◎【表3】

试样No.1未进行对未处理涂层投射喷砂液的处理。换言之，试样No.1为在基体之上仅成膜有涂层的涂层刀具。在试样No.1的Al₂O₃层的断裂韧性值中第一面以及第二面均为0.8MPa·m^0.5。

试样No.2将含有角状陶瓷粒子的喷砂液向第一面以及第二面投射。在试样No.2中，Al₂O₃层的断裂韧性值比无处理的试样No.1高一些，第一面以及第二面均为1.5MPa·m^0.5。

试样No.3、4将含有球状锆石(ZrSiO₄)粒子的喷砂液向第一面以及第二面投射。在试样No.3、4中，Al₂O₃层的断裂韧性值比无处理的试样No.1高一些，第一面以及第二面均为1.5MPa·m^0.5或者2.0MPa·m^0.5。

试样No.1～4的Al₂O₃层的断裂韧性值均为较低的值。

与此相对，作为本公开的涂层刀具的试样No.5～11的Al₂O₃层具有断裂韧性值为5.0MPa·m^0.5以上或者6.5MPa·m^0.5的区域，在耐缺损性方面优异。

需要说明的是，关于试样No.5～11中的球状Al₂O₃粒子、试样No.2中的角状Al₂O₃粒子，测定了平均圆形度。具体而言，首先，在利用SEM对粒子像进行了拍摄之后，使用图像分析软件(mountech社制的“Mac-ViewVersion.4”)对粒子的投影面积(S)与周围长(L)进行测定。接下来，将得到的测定值适用于式：4πS/L2从而计算圆形度。圆形度的计算以对任意选出的100个粒子进行，并将其平均值作为平均圆形度。平均圆形度的测定结果如以下那样。

(平均圆形度)

试样No.5～11中的球状Al₂O₃粒子：0.90

试样No.2中的角状Al₂O₃粒子：0.74

附图标记说明

1···涂层刀具

2···基体

3···涂层

4···表面

5···第一面

6···第二面

7···切削刃

8···Al₂O₃层

9···表面

10···Ti系涂层

11···TiN层(第一TiN层)

12···TiN层(第二TiN层)

13···贯通孔

101···切削刀具

102···刀柄

102a··第一端

102b··第二端

103···刀槽

104···固定螺钉。

Claims

1.一种涂层刀具，其具有基体以及位于该基体之上的涂层，其中，

所述涂层刀具具备：第一面；第二面，其与该第一面相邻；以及切削刃，其位于所述第一面与所述第二面的棱线部的至少一部分，

所述涂层具有Al₂O₃层，

该Al₂O₃层具有当在与所述基体的表面平行的所述涂层的表面测定了所述Al₂O₃层的断裂韧性值的情况下该断裂韧性值为5MPa·m^0.5以上的第一区域。

2.根据权利要求1所述的涂层刀具，其中，

所述Al₂O₃层在所述第一面以及所述第二面分别具有所述第一区域。

3.根据权利要求1所述的涂层刀具，其中，

所述Al₂O₃层具有当在与所述基体的表面平行的所述涂层的表面测定了所述Al₂O₃层的断裂韧性值的情况下该断裂韧性值小于5MPa·m^0.5的第二区域，且在将所述第一区域的硬度设为第一硬度，将所述第二区域的硬度设为第二硬度的情况下，该第二硬度比所述第一硬度大。

4.根据权利要求3所述的涂层刀具，其中，

所述Al₂O₃层在所述第一面具有所述第一区域，并在所述第二面具有所述第二区域。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的涂层刀具，其中，

所述涂层在所述基体与所述Al₂O₃层之间具有Ti系涂层，

该Ti系涂层具有当在与所述基体的表面平行的所述涂层的表面测定了所述Ti系涂层的断裂韧性值的情况下该断裂韧性值为10MPa·m^0.5以上的第三区域。

6.根据权利要求5所述的涂层刀具，其中，

所述Ti系涂层具有当在与所述基体的表面平行的所述涂层的表面测定了所述Ti系涂层的断裂韧性值的情况下该断裂韧性值小于10MPa·m^0.5的第四区域，且在将所述第三区域的硬度设为第三硬度，将所述第四区域的硬度设为第四硬度的情况下，该第三硬度比所述第四硬度大。

7.根据权利要求6所述的涂层刀具，其中，

所述Al₂O₃层具有当在与所述基体的表面平行的所述涂层的表面测定了所述Al₂O₃层的断裂韧性值的情况下该断裂韧性值小于5MPa·m^0.5的第二区域，且所述第一区域位于所述第三区域之上，所述第二区域位于所述第四区域之上。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的涂层刀具，其中，

所述Al₂O₃层在X射线衍射中(104)面的半值宽度为0.15°以上。

9.一种切削刀具，其中，

所述切削刀具具有：

刀柄，其具有从第一端到第二端的长度，且具有位于所述第一端侧的刀槽；以及

权利要求1～8中任一项所述的涂层刀具，其位于所述刀槽。