TWI772525B - 切斷工具及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種兼具良好的耐黏著性及平滑性的切斷工具及其製造方法。一種切斷工具及其製造方法，所述切斷工具包括含有陶瓷相及金屬相的複合材料，所述切斷工具的特徵在於，所述切斷工具的刀刃部分具有刀刃脊線及構成刀刃脊線的刀刃構成面，所述刀刃構成面具有所述陶瓷相自具有所述陶瓷相及所述金屬相的複合材料層突出而斷續地存在所述陶瓷相並缺少所述金屬相的表面部，所述表面部的表面粗糙度滿足：算術平均粗糙度Ra≦0.1 μm、偏度Rsk≦-0.01。

Description

切斷工具及其製造方法
本發明是有關於一種具有良好的耐久性的切斷工具及其製造方法。
包括具有以陶瓷等為代表的硬質相及以Ni、Co、Fe等為代表的金屬相的複合材料的複合合金因於室溫及高溫下的耐衝擊性優異而被應用於工具和夾具。例如，用以對紙、樹脂膜、金屬板等進行切斷的切斷刀中亦應用所述複合材料，自先前起進行了各種研究。例如引用文獻1中記載一種切斷刀，其特徵在於，切斷刀包括含有以碳化物換算的合計計0.3質量%~3.0%質量的選自Cr、V及Ta的群組中的至少一種、及8質量%~15質量%的Co，剩餘部分為平均粒徑0.1μm~0.5μm的WC粒子的超硬合金。
而且，引用文獻2中記載有一種於積層電容器或積層陶瓷基板等或者陶瓷生片等的切斷或裁斷中使用、以包括WC的粒徑為1.0μm以下且作為結合相的Co量為8%~20%的超硬合金為特徵的薄型切斷刀。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2004-291137號公報
[專利文獻2]日本專利特開2002-86387號公報
於所述般的複合合金製的切斷工具中，若被加工材為金屬材料或非晶(amorphous)薄帶，則存在因由於金屬間的接觸而產生的黏著，而發生磨耗或崩刃的此類課題。若所述磨耗發生於刀刃，則會因鋒利程度下降而於切斷的被加工材的端面產生毛刺，所以無法達成產品所要求的精度。因此，隨著進一步的精密化要求或於更嚴酷的環境下的使用，要求一面維持切斷工具的作業面的平滑性、鋒利程度以免攻擊被加工材時產生磨耗粉一面進一步提升耐黏著性。針對所述要求，所述專利文獻1的發明是增加超硬合金的表面的硬度的優異的發明，但關於抑制因除去Co而導致的表面狀態劣化並無記載，尚有研究的餘地。而且，專利文獻2的發明是為了提升金剛石膜的密接性而使表面形成有凹凸的發明，尤其於精密切斷工具中存在無法獲得期望的表面品質的可能性。本發明的目的在於提供一種兼具良好的耐黏著性及平滑性的切斷工具及其製造方法。
本發明是有鑒於所述課題而成。
即，本發明的一形態為一種切斷工具，其包括含有陶瓷相及金屬相的複合材料，所述切斷工具的特徵在於，所述切斷工具的刀刃部分具有刀刃脊線及構成刀刃脊線的刀 刃構成面，所述刀刃構成面具有所述陶瓷相從具有所述陶瓷相及所述金屬相的複合材料層突出而斷續地存在所述陶瓷相並缺少所述金屬相的表面部，所述表面部的表面粗糙度滿足算術平均粗糙度Ra≦0.1μm、偏度Rsk≦-0.01。
較佳為：所述切斷工具的表面部的偏度Rsk≦-1.0。
較佳為：所述陶瓷相為WC或TiC，所述金屬相為選自Co、Ni、Fe中的至少一種。
較佳的特徵在於：於所述表面部形成有一層以上的包括選自由4a族、5a族及6a族所組成的元素群中的至少一種的碳化物、氮化物、氧化物、碳氮化物或硼化物的皮膜，或者類金剛石碳膜。
而且，本發明的另一形態是一種切斷工具的製造方法，其是包括含有陶瓷相及金屬相的複合材料的切斷工具的製造方法，所述切斷工具的製造方法的特徵在於，所述切斷工具的刀刃部分具有刀刃脊線及構成刀刃脊線的刀刃構成面，所述切斷工具的製造方法具有：形狀加工步驟，將包括所述複合材料的工具基材的成為刀刃構成面的部分藉由研削加工調整為Ra≦0.1μm；以及表面改善步驟，於所述形狀加工步驟之後，對調整為Ra≦0.1μm的所述工具基材的成為刀刃構成面的部分進行蝕刻，除去所述 成為刀刃構成面的部分的金屬相，使所述刀刃構成面構成為具有所述陶瓷相從具有所述陶瓷相及所述金屬相的複合材料層突出而斷續地存在所述陶瓷相並缺少所述金屬相的表面部，並且使所述表面部的表面粗糙度成為Rsk≦-0.01。
較佳為：所述表面改善步驟為使用酸性溶液的濕式蝕刻。
根據本發明，可獲得一種兼具良好的耐黏著性及平滑性的切斷工具。
1、1A、1B:切斷工具
2:陶瓷相
3:金屬相
4:刀刃脊線
5:凹部
5a:假想刀刃脊線
6、7:刀刃構成面
12:金屬帶
13:金屬條
A:部位
圖1是表示本實施方式的切斷工具即切割機(Slitter)的金屬帶切斷裝置的示意圖。
圖2是將圖1所示的本實施方式的切斷工具的A部進行放大的示意圖。
圖3是先前的切斷工具或表面改善步驟前的切斷工具的放大A部進行觀察的示意圖。
圖4是使用本實施方式的切斷工具而切斷的鋼帶的兩側面放大相片。
圖5是表示本發明的切斷工具與比較例的切斷工具的切斷時產生的磨耗粉的數量的圖表。
以下，對本發明進行詳細說明。但是，本發明並不限定 於此處所列舉的實施方式，於不脫離其發明的技術思想的範圍內能夠進行適當組合或改良。
本發明的切斷工具是包括混合有陶瓷相(以下，亦記載為硬質相)及作為黏合劑(結合相)的金屬相這兩相的複合材料的切斷工具。所述切斷工具的特徵是兼具硬質相的優點(優異的強度)及金屬相的優點(高的延性及韌性)。
本發明的切斷工具所具有的陶瓷相較佳為選自W(鎢)、Cr(鉻)、Mo(鉬)、V(釩)、Zr(鋯)、Al(鋁)、Si(矽)、Nb(鈮)、Ta(鉭)及Ti(鈦)的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物中的至少一種。更佳為選自W或Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物中的至少一種。
而且，本發明的切斷工具所具有的金屬相較佳為自Co(鈷)、Ni(鎳)、Fe(鐵)、W(鎢)、Mo(鉬)中的至少一種中選擇。更佳為選自Co、Ni、Fe中的至少一種。
另外，只要無特殊記載，則本實施方式的切斷工具包括對陶瓷相選擇了碳化鎢(WC)並對金屬相選擇了Co的WC-Co複合材料。
圖1表示本實施方式的切斷工具的一例即圓筒形刀(以後，亦記載為切割(slit)刀)的概要圖。本發明除了所述圓筒形刀以外，例如亦能夠於衝壓加工用的沖頭等之類的剪切工具中使用。而且，亦可應用於剪切(shear)刀等刀刃具有銳角的楔角的剪切工具。本實施方式的圓筒形刀於如圖1所示將金屬帶12裁斷 為期望的寬度的金屬條13的切割機中使用，空開固定的間隔(clearance)來配置圓筒形上刀1A及圓筒形下刀1B，藉由上刀與下刀的剪切將被加工材切斷。所述圓筒形刀具有刀刃脊線4(白色實線部)及構成刀刃的刀刃構成面6、刀刃構成面7(以下，亦將刀刃構成面6記載為外周面，將刀刃構成面7記載為側面)。將圖1中的切斷工具的A部放大圖示於圖2。本實施方式的切斷工具如圖2所示，特徵在於，包括含有陶瓷相2及金屬相3的複合材料，於構成切斷工具的刀刃的刀刃脊線4及刀刃構成面6、刀刃構成面7中，包括陶瓷相2從複合材料層突出，於刀刃構成面6、刀刃構成面7的面內方向上斷續(非連續地)存在陶瓷相2，並缺少金屬相3的表面部，刀刃構成面6、刀刃構成面7的表面粗糙度滿足：算術平均粗糙度Ra≦0.1μm、偏度Rsk≦-0.01。此處，「斷續地存在陶瓷相並缺少金屬相的表面部」是指實質上不存在金屬相。如後述製造方法的實施方式般，刀刃脊線及刀刃構成面藉由自包括陶瓷相及金屬相的圖3所示的工具基材的成為刀刃脊線及刀刃構成面的部分除去金屬相來製作。藉由所述金屬相的除去，於本實施方式的切斷工具的刀刃脊線形成較接觸被加工材的部分向旋轉軸中心側凹陷的凹部5，藉此構成斷續的刀刃脊線。藉由具有所述刀刃脊線，本實施方式的切斷工具的向被加工材的咬合性能提升，從而能夠抑制被加工材於切削刃附近的滑動而導致的剪切應力的下降，並提升切斷性能。而且，刀刃構成面亦與刀刃脊線同樣地具有斷續地存在陶瓷相並缺少金屬相的表面部，藉此可 設為於切斷工具的刀刃脊線及刀刃構成面不存在軟質而容易黏著於被加工材的金屬相，所以能夠提升切斷工具的耐黏著性。進而，能夠進行良好的切斷而不會於被加工材的切斷面產生二次剪切面或過大的毛刺等切斷面的不良狀態。而且，因於刀刃構成面適度地形成有凹凸，所以具有切斷時工具容易自被加工材順暢地脫落的傾向。藉此，可期待抑制被加工材中所生成的毛刺的捲入，並減少折斷的毛刺向產品的混入的效果。另外，本實施方式的切斷工具的刀刃脊線如上所述為非連續的，形成刀刃脊線的陶瓷相如圖2所示是斷續的，但能夠以直線及固定曲率的曲線順暢地連接(虛線部5a為假想刀刃脊線)。藉由所述刀刃的形態，能夠提升刀刃的咬合性能，從而進行流暢的剪切加工。
於本實施方式中，於所述金屬相的除去中，亦可能存在未完全除去的部分，所以說明為實質上不存在金屬相。若與包括陶瓷相及金屬相的切斷工具的大半部分(基材部分)進行比較，則刀刃脊線及刀刃構成面中的金屬相的存在量明顯地不同，從而容易確定實質上不存在金屬相而包括陶瓷相的部分。而且，刀刃脊線及刀刃構成面亦可包括陶瓷相及空隙、或者陶瓷相及填埋空隙的金屬相以外的材料。所述空隙是藉由除去金屬相而構成，既可以一直為空隙，亦可於所述空隙中填充金屬相以外的材料。例如藉由於空隙中填充以聚四氟乙烯為主成分的樹脂系材料，可發揮防止金屬層的露出並且抑制硬質粒子的脫落等效果。而且，藉由填充所述樹脂系材料，亦可期待對被加工材中所生成的毛刺的 捲入的抑制效果。當然，亦可殘留一部分空隙。
本實施方式的藉由陶瓷相突出而構成的部分(表面部)較佳為至少自刀刃構成面起沿深度方向形成至0.2μm的範圍。藉此，可進一步提升所述耐黏著性(以下，亦將除去了金屬相而包括陶瓷相的沿刀刃構成面的面內方向形成的層狀的部分稱為硬質強化層)。所述硬質強化層越厚，越可長期間獲得所述有利的效果，所以更佳為自刀刃構成面起沿深度方向(與刀刃構成面垂直的方向)形成至0.5μm的範圍，尤佳為形成至1μm的範圍。另外，如後所述，亦可於刀刃構成面上形成包覆層。另外，此時，表面部(硬質強化層)的深度方向的範圍表示無包覆層狀態下自刀刃構成面算起的深度。而且，為了使形成於硬質強化層的空隙更容易形成，本發明的切斷工具較佳為使陶瓷相的直徑為1μm以上。另外，陶瓷相的直徑例如可藉由利用3000倍~20000倍的倍率對切斷工具的表面及剖面進行觀察，而自所述視野內所存在的陶瓷相的圓當量直徑的平均值求出。硬質強化層的厚度的上限並無特別限定，於製造上亦可設為15μm左右。另外，根據後述本發明的製造方法，藉由蝕刻，於刀刃脊線及刀刃構成面整體幾乎均勻地形成硬質強化層，所以只要利用掃描線電子顯微鏡(掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM))等測定裝置，例如於刀刃構成面的剖面確認面內方向10μm~20μm左右的範圍即可。
而且，較佳為於剖面觀察的面積比率下，相對於陶瓷相 的面積與金屬相的面積的合計，將陶瓷相的面積的比率設為陶瓷相比率時，與所述切斷工具的主要部分的陶瓷相比率相比，硬質強化層的陶瓷相比率更高，硬質強化層的陶瓷相比率為99%以上。展示對所述陶瓷相比率進行測定的方法的一例。首先，將切斷工具的刀刃構成面朝與面正交的方向切斷，以使刀刃構成面進入視野的方式使用掃描型電子顯微鏡(SEM)以規定的倍率拍攝相片。利用線A將成為與被加工材的接觸面的大致平面狀或曲面狀的刀刃構成面相連，於自刀刃構成面起沿深度方向的至少0.2μm的位置作成使線A朝切斷工具的深度方向平行移動而成的線B。然後，以設自藉由線A、線B、照片端部圍繞的區域除去了空隙後的面積率為100%時的陶瓷相所占的面積的比例為陶瓷相比率。另外，本實施方式中的「大致平面」是指除去成為接觸面的陶瓷相的上表面所存在的微小的凹凸之外，整體可視為平面的形狀。
本實施方式的切斷工具中，亦重要的是：刀刃構成面的粗糙度中，算術平均粗糙度Ra(依據JIS-B-0601-2001)為0.1μm以下，並且偏度Rsk為-0.01以下。藉此，本發明的切斷工具中，與被加工物接觸的刀刃構成面的粗糙度曲線中，相對於凹部，凸部變廣，從而可抑制尖銳的凸部的形成，所以能大幅抑制以接觸面的凸部為起點的磨耗或膠著的產生，從而發揮良好的滑動特性。而且，例如若切斷工具及被加工材的接觸面平滑，並於切斷時使用潤滑油，則難以使潤滑油含浸至彼此的接觸面間相接觸的 部位，但於本發明中，使Rsk為-0.01以下，藉此於切斷工具的作業面形成適度的凹部(以下，亦記載為空隙)，藉此能夠提升潤滑油的含浸性從而發揮良好的滑動特性。而且，於切斷工具及被加工材的作業面為平滑的情況下，存在產生真空黏著的可能性，但藉由所述凹部，可防止切斷工具及被加工材的接觸面成為真空狀態，並且藉由所述效果，可獲得良好的滑動特性。即便為了更切實地獲得所述效果，本發明的Rsk亦較佳為-1.0以下。另外，本實施方式的刀刃脊線較佳為亦具有與刀刃構成面同樣的粗糙度曲線。本發明於被加工材包括金屬材料的情況下發揮效果。尤其，對於先前難以加工的非晶合金薄帶而言，若利用本發明的切斷工具，則亦可期待穩定的切斷加工。
為了進一步提升耐磨耗性，本實施方式的切斷工具亦可於刀刃脊線及表面部形成包括選自由4a族、5a族及6a族組成的元素群中的至少一種的碳化物、氮化物、氧化物、碳氮化物或硼化物的皮膜。較佳為應用包括Cr系氮化物、Ti系氮化物或Ti系碳氮化物的皮膜。尤佳為應用包括TiCN、AlCrN、TiSiN、TiAlN、AlCrSiN、TiAlSiN、TiAlCrSiN的皮膜。於應用AlCrSiN的情況下，為了進一步提升耐磨耗性，AlxCrySiz(x+y+z=100)的組成式較佳為控制為20<x<75、25<y<75、0<z<10，更佳為控制為50<x<55、45<y<50、0.1<z<1。而且，於對皮膜應用TiAlSiN的情況下，TixAlySiz(x+y+z=100)的組成式較佳為控制為處於25<x<75、20<y<75、0.0<z<10的範圍。所述皮膜的較佳的膜厚為0.1μm~5.0 μm，更佳的膜厚為0.5μm~2.0μm。其原因在於，若膜厚過厚，則存在無法追隨(trace)陶瓷相的凸部，從而存在所述耐黏著性等有利的效果得不到發揮的可能性，若膜厚過薄，則存在無法充分獲得耐磨耗性提升效果的可能性。此處，於使用AlxCrySizN膜的情況下，亦可具有自基材側朝皮膜表面側x值增加並且y值減少的傾斜組成。藉由，可進一步提升與基材的密接強度。
而且，關於皮膜的表面粗糙度，較佳為：算術平均粗糙度Ra為0.06μm以下，最大高度Rz為1.0μm以下。藉此，可抑制皮膜表面上的凹凸成為摩擦的起點，從而進一步提升耐磨耗性。
本實施方式的切斷工具除了所述皮膜之外，亦可應用類金剛石碳膜(以下，亦記載為DLC膜)。所述DLC膜亦能夠提升切斷工具的耐磨耗性，DLC膜以仿照硬質強化層表面的凹凸的方式於皮膜表面亦形成凹凸，所以可期待亦發揮藉由設置所述空隙而帶來的優點。關於所述DLC膜，為了獲得更高的硬度，且為了提升與切斷工具的密接性，可使DLC膜的表面中的氫原子的含量設為0.5原子%以下，並使氮含量為2原子%以下。而且，藉由使DLC膜的與硬質強化層的界面側中的氫含量為0.7原子%以上且7原子%以下，氮含量為大於2原子%且小於等於10原子%，可期待進一步的耐磨耗性的提升。所述氫原子的含量例如能夠藉由彈性反跳粒子檢測法(彈性反沖檢測(Elastic Recoil Detection Analysis，ERDA)分析)來求出。而且，氮原子的含量例如能夠藉由歐傑電子分光法(歐傑電子能譜術(Auger electron spectroscopy，AES))來求出。
為了賦予耐磨耗性或耐熱性等特性，DLC膜可含有金屬(包括半金屬)元素，只要以金屬、合金、碳化物、氮化物、碳氮化物、碳酸氮化物、碳硼化物等化合物的形態進行含有即可。較佳為金屬(包括半金屬)元素的含有比率(原子%)為2%以上，尤佳為可設定為5%以上。但是，若金屬(包括半金屬)元素的含有比率變多，則存在滑動特性下降的傾向。因此，可將金屬(包括半金屬)元素的含有比率(原子%)設定為20%以下，更佳為10%以下。另外，關於DLC膜的厚度，為了進一步提升耐久性或與金屬模具的密接性，可設定為0.1μm~1.5μm，亦可設定為0.1μm~1.2μm，為了對金屬模具賦予充分的耐磨耗性，DLC膜的膜厚亦可設定為0.2μm以上。為了同時達成平滑的表面粗糙度及優異的耐磨耗性，亦可將DLC膜的膜厚設定為0.6μm~1.2μm。所述DLC膜的表面粗糙度亦較佳為：算術平均粗糙度Ra為0.06μm以下，最大高度Rz為1.0μm以下。若具有更佳的Ra為0.03μm以下，Rz為0.5μm以下的平滑性，則可減少成為被加工材的熔接的起點的表面缺陷。尤佳為：Ra為0.02μm以下，Rz為0.3μm以下。
繼而，對本發明的製造方法進行說明。
本發明的製造方法的特徵在於具有：形狀加工步驟，使包括含有陶瓷相及金屬相的複合材料的工具基材的成為刀刃構成面的部分為Ra≦0.1μm；表面改善步驟，於所述形狀加工步驟之後， 對被調整為Ra≦0.1μm的工具基材的表面進行蝕刻，將表面附近的金屬層除去。包括所述複合材料的工具基材能夠藉由已知的方法製作，例如可藉由如下方式獲得：將陶瓷粉末與金屬粉末的混合粉末加壓．成型為規定的形狀，之後，於真空環境下以1250℃~1550℃的溫度進行燒結。另外，為了進一步提升切斷工具的強度，本發明的製造方法所使用的混合粉末較佳為於將陶瓷粉末與金屬粉末的合計體積設為100%時，金屬粉末的體積比率為3%~30%。而且，所述陶瓷粉末較佳為自W(鎢)、Cr(鉻)、Mo(鉬)、V(釩)、Zr(鋯)、Al(鋁)、Si(矽)、Nb(鈮)、Ta(鉭)及Ti(鈦)中的至少一種的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物中選擇。更佳為選自W或Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物。所述金屬粉末較佳為自Co(鈷)、Ni(鎳)、Fe(鐵)、W(鎢)、Mo(鉬)中的至少一種中選擇，更佳為自Co、Ni、Fe中的至少一種中選擇。
<形狀加工步驟>
於本發明的製造方法中，進行藉由研削加工、研磨加工、切削加工及放電加工等將所準備的工具基材的成為刀刃構成面的部分的表面調整為Ra≦0.1μm的形狀加工步驟。藉由所述形狀加工步驟，將切斷工具的表面尤其是成為作業面的刀刃構成面平滑化，藉此，可使經過之後的表面改善步驟而形成的切斷工具形成如下硬質強化層，即：形成有平滑且適度的凹部，並具有Ra≦0.1μm、偏度Rsk≦-0.01的表面粗糙度的硬質強化層。更佳的Ra的 上限為0.05μm，尤佳的Ra的上限為0.02μm。下限並無特別限定，若考慮量產性，則例如可設定為0.005μm。此處，形狀加工步驟可組合多個步驟，例如可於研削加工的粗加工後，藉由研磨的精加工而調整為Ra≦0.1μm。此時的研磨可使用已知的研磨方法，為了切實地獲得期望的表面粗糙度，亦可實施使用金剛石糊(Diamond paste)的拋光(buffing)研磨。
<表面改善步驟>
繼而，於本發明的製造方法中，進行於形狀加工步驟之後，對成為刀刃構成面的部分被調整為Ra≦0.1μm的工具基材進行蝕刻，將表面附近的金屬相除去的表面改善步驟。圖3所示表面改善步驟前的工具基材的放大示意圖。藉由所述表面改善步驟，去除金屬相3，藉此可將刀刃脊線及刀刃構成面製成如圖2所示般的陶瓷相自具有陶瓷相及所述金屬相的複合材料層突出，斷續地存在陶瓷相而缺少金屬相的構成。於本發明中，對所述表面改善步驟應用蝕刻，對於蝕刻，可使用利用酸性溶液或鹼性溶液進行蝕刻的濕式蝕刻或利用放電電漿的乾式蝕刻。更佳為容易使包括陶瓷相的硬質強化層形成得厚，並容易穩定地將Rsk調整為負值的濕式蝕刻。藉由所述表面改善步驟，刀刃構成面的Ra有時會變得較形狀加工步驟時大，但亦可於研削加工時，藉由蝕刻將咬入至加工面的微小的加工屑除去，所以亦存在平滑性提升而Ra變小的情況。
於本實施方式中，於對表面改善步驟應用濕式蝕刻的情 況下，可對蝕刻液使用鹽酸、硝酸、壬水等酸性溶液，但較佳為使用金屬相的除去能力高，容易使硬質強化層形成的壬水。此處，於對濕式蝕刻使用了壬水的情況下，為了切實地將Rsk調整為-1.0μm以下的值，蝕刻處理時間較佳為超過30秒。更佳的處理時間為60秒以上，尤佳的處理時間為90秒以上。於對表面改善步驟應用乾式蝕刻的情況下，可應用現有的方法。於實施方式中，例如，將使電漿產生的腔室內設為2Pa左右的減壓Ar環境，使Ar氣體電漿化，對基材施加-300V的偏壓進行蝕刻，藉此，可獲得具有期望的硬質強化層的切斷工具。另外，若將所述處理實施於刀刃構成面，則亦可非連續地形成刀刃脊線。
於本發明的切斷工具的製造方法中，為了進一步提升耐磨耗性，亦可對刀刃脊線及刀刃構成面包覆包括選自由4a族、5a族及6a族組成的元素群中的至少一種的碳化物、氮化物、氧化物或硼化物的皮膜。較佳為應用包括Cr系氮化物、Ti系氮化物或Ti系碳氮化物的皮膜。尤佳為應用包括TiCN、AlCrN、TiSiN、TiAlN、AlCrSiN、TiAlSiN、TiAlCrSiN的皮膜。於應用AlCrSiN的情況下，為了進一步提升耐磨耗性，AlxCrySiz(x+y+z=100)的組成式較佳為控制為處於20<x<75、20<y<75、0<z<10的範圍，更佳為控制為處於50<x<55、45<y<50、0.1<z<1的範圍。而且，於對皮膜應用TiAlSiN的情況下，TixAlySiz(x+y+z=100)的組成式較佳為控制為處於20<x<75、25<y<75、0.0<z<10的範圍。作為所述皮膜的成膜方法，可使用物理氣相沉積(physical vapor deposition， PVD)法，但較佳為使用可獲得小滴(droplet)少更平滑的皮膜表面的濺鍍法來進行成膜。於使用濺鍍法的情況下，為了進一步提升表面平滑度並且提升切斷工具與皮膜的密接強度，更佳為將施加至基材的偏壓電壓設定為40V~150V。
而且，於本實施方式的切斷工具的製造方法中，為了進一步提升耐磨耗性，可於刀刃脊線及刀刃構成面上包覆DLC膜。關於DLC膜的包覆，可採用濺鍍法或電漿化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)法等已知的製膜法，若使用過濾弧沉積(Filtered Arc Deposition)法，則可期待包覆小滴更少更平滑的DLC膜。而且，為了形成高硬度且與切斷工具的密接性高的DLC膜，於本實施方式中存在如下傾向：較佳為一面減少導入至爐內的氮氣及/或烴等含有氫的氣體的流量，一面包覆DLC膜。此處，為了一面使硬質強化層側的DLC膜表面含有氫，一面除去存在於硬質強化層的表面的氧化膜或污染等，亦可不導入含有氫的氣體，而是進行使用含有氫的混合氣體的氣體轟擊(gas bombard)處理。此時的氫混合氣體更佳為含有氬氣及相對於混合氣體總質量而為4質量%以上的氫氣的混合氣體。
[實施例]
(實施例1)
準備包括對陶瓷相選擇了WC，對金屬相選擇了Co的複合材料的切割刀。所述複合材料的陶瓷粉末與金屬粉末的體積比為82：18。將所述切斷工具的成為刀刃構成面的部分藉由研削工具 研削至Ra=1.5μm後，藉由使用金剛石糊的拋光研磨將刀刃構成面研磨至成為Ra=0.005μm。之後，使研磨後的切斷工具浸漬於壬水中60秒鐘，準備了除去Co(金屬相)而形成有硬質強化層的本發明例的試樣。繼而使用獲得的切斷工具實際地進行切割加工，對加工後的切斷工具表面進行了觀察。被加工材為SUS 420J2系統的13Cr不繡鋼鋼帶，將0.075μm~0.4μm的範圍內厚度不同的鋼帶合計切斷了約3500m左右。此時的鋼帶的板傳送速度為約60m/min。
(表面粗糙度測定)
針對本發明例的試樣，對刀刃構成面的表面粗糙度進行了測定。對表面粗糙度的測定使用了東京精密(股)製造的觸針式粗糙度計薩福科(surfcom)。測定條件是評價長度4mm、測定速度0.3mm/s、臨限值0.8mm、濾波器類別為高斯(Gaussian)。測定的結果，可確認到：本發明例的試樣的表面平滑且凸部少。尤其是，Rsk呈現出-1.8的大的值。其表示作業面的粗糙度曲線中的凹部形成至深的位置，由此可推定本發明的硬質強化層形成至深處。
Figure 107133946-A0305-02-0019-1
將藉由本發明的切割刀切斷的鋼帶的兩側面放大相片示於圖4。藉由圖4可確認到：即使是大量切斷，利用本發明例的切割刀切斷的鋼帶的切斷面亦呈現出未產生二次剪切面或過大的毛刺的良好的切斷面。
(實施例2)
準備本發明例與比較例的切刀，以相同的長度對SUS420J2系統的13Cr不繡鋼(板厚0.1mm)進行了切斷。對於本發明例，使用實施例1中所使用的表面改善切刀，對於比較例不進行本發明的處理，而使用具有如圖3所示的連續的刀刃脊線的先前形狀的切刀。對切斷後的鋼帶側面進行了確認，結果：使用比較例的切刀進行了切斷的鋼帶中，切斷開始時的最大毛刺高度為1μm，與此相對，切斷結束時為3μm的最大毛刺高度。與此相對，可確認到：使用本發明例的切刀進行了切斷的鋼帶中，於切斷結束時最大毛刺高度亦與鋼帶開始時相同而為1μm。根據結果可確認到本發明例的切刀與比較例相比，能進行更良好的切斷，亦能夠進行進一步的斷續切斷。
(實施例3)
繼而，將被加工材變更為Ni合金，以本發明例的切刀及比較例的切刀切斷相同的長度，確認了性能差。Ni合金因軟質而於切割時容易產生毛刺，進而存在所生成的過大的毛刺折斷而脫落，從而容易成為金屬粉的形態的傾向。將所述金屬粉的產生量作為表示切刀的毛刺抑制效果的指標。將磨耗粉的計數結果示於圖5。 如圖5所示，可確認到：使用本發明例的切刀時產生的金屬粉的計數數量與使用比較例的切刀時產生的金屬粉的計數數量相比，減少了35%左右。尤其是關於容易成為產品的品質下降的主要原因的最大直徑為100μm以上的金屬粉計數數量，亦表現出本發明例為比較例的50%左右，從而可確認本發明例的切刀與比較例的切刀相比，被加工材中所形成的過大的毛刺少，能夠進行穩定的材料切斷。
1‧‧‧切斷工具
2‧‧‧陶瓷相
3‧‧‧金屬相
4‧‧‧刀刃脊線
5‧‧‧凹部
5a‧‧‧假想刀刃脊線
6、7‧‧‧刀刃構成面

Claims (7)

  1. 一種切斷工具，其特徵在於，包括含有陶瓷相及金屬相的複合材料，其中所述切斷工具的刀刃部分具有刀刃脊線及構成刀刃脊線的刀刃構成面，所述刀刃構成面具有表面部，所述表面部中所述陶瓷相從具有所述陶瓷相及所述金屬相的複合材料層突出，且所述表面部中所述陶瓷相斷續地存在並缺少所述金屬相，所述表面部的表面粗糙度滿足：算術平均粗糙度Ra≦0.1μm、偏度Rsk≦-0.01。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的切斷工具，其中，所述表面部的偏度Rsk≦-1.0。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的切斷工具，其中，所述陶瓷相為WC或TiC，所述金屬相為選自Co、Ni、Fe中的至少一種。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的切斷工具，其中，於所述表面部形成有一層以上的皮膜或者類金剛石碳膜，所述皮膜包括選自由4a族、5a族及6a族所組成的元素群中的至少一種的碳化物、氮化物、氧化物、碳氮化物或硼化物。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的切斷工具，其中，於所述表面部，在所述陶瓷相之間配置有所述金屬相以外的材料。
  6. 一種切斷工具的製造方法，其特徵在於，是包括含有陶瓷相及金屬相的複合材料的切斷工具的製造方法，其中所述切斷工具的刀刃部分具有刀刃脊線及構成刀刃脊線的刀刃構成面，所述切斷工具的製造方法具有：形狀加工步驟，將工具基材的成為刀刃構成面的部分藉由研削加工調整為算術平均粗糙度Ra≦0.1μm，所述工具基材包含所述複合材料；以及表面改善步驟，於所述形狀加工步驟之後，對調整為算術平均粗糙度Ra≦0.1μm的所述工具基材的成為刀刃構成面的部分進行蝕刻，除去所述成為刀刃構成面的部分的金屬相，使所述刀刃構成面成為具有表面部的構成，所述表面部中所述陶瓷相從具有所述陶瓷相及所述金屬相的複合材料層突出，且所述表面部中所述陶瓷相斷續地存在並缺少所述金屬相，並且使所述表面部的表面粗糙度成為Rsk≦-0.01。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的切斷工具的製造方法，其中，所述表面改善步驟為使用酸性溶液的濕式蝕刻。
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