表面包覆材料、利用該表面包覆材料的切削工具及機(jī)床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種表面包覆材料、利用該表面包覆材料的切削工具及機(jī)床。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為在機(jī)床中進(jìn)行切削加工的切削工具，已開發(fā)出利用以離子鍍法為代表的物理 蒸鍍法，在基材的表面形成高硬度皮膜的切削工具。其中，實(shí)用化進(jìn)程最快的是TiN系或 TiAlN系等金屬氮化物層形成于基材表面的切削工具。
[0003] 以往技術(shù)文獻(xiàn) [0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利公開平10-25566號(hào)公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利公開2005-330539號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利公開2009-285758號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)4 :日本專利第3963354號(hào)說明書

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0010] 然而，若在超過800°c的更高溫的區(qū)域使用上述切削工具，則上述金屬氮化物開始 氧化，因此存在無法長期使用的問題。因此，作為能夠在更高溫的區(qū)域中使用的切削工具， 可以考慮將AlCrN皮膜或（AlCrM)N皮膜（M為除Cr以外的周期表4a、5a、6a族的元素，是 選自B、Si、Y中的至少一種或兩種以上的元素）等的包覆材料設(shè)置于基材的表面（例如參 考上述專利文獻(xiàn)1~4)。
[0011] 但是，在上述表面包覆材料設(shè)置于基材表面的切削工具中，在表面包覆材料的粘 附性方面存在問題，在伴隨較高的發(fā)熱且高負(fù)荷局部施加于切削刃部的高速高進(jìn)給的切削 條件下，提前發(fā)生表面包覆材料的剝離和崩刀（微小裂紋），在比較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到壽命， 存在該表面包覆材料無法充分發(fā)揮原本就具有的高溫區(qū)域中的耐磨性優(yōu)異的特性的課題。
[0012] 這種問題并不限定于如上所述的用于機(jī)床的切削工具，只要是適用要求高溫區(qū)域 中的耐磨性優(yōu)異的特性的表面包覆材料的零件或金屬模具，則有可能與上述情況同樣地產(chǎn) 生。
[0013] 鑒于這種情況，本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠 顯現(xiàn)出高耐剝離性及高耐崩刀性的表面包覆材料、利用該表面包覆材料的切削工具及機(jī) 床。
[0014] 用于解決技術(shù)課題的手段
[0015] 解決上述課題的第1發(fā)明所涉及的表面包覆材料在表面具有由A層和B層交替層 疊一層以上而成的上部層，所述A層由鋁、鉻及硅的氮化物構(gòu)成，所述B層由鋁、鉻及釔的氮 化物構(gòu)成，
[0016] 所述上部層設(shè)置于金屬氮化物的表面。
[0017] 解決上述課題的第2發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第1發(fā)明所涉及的表面包 覆材料，其中，
[0018] 當(dāng)以組成式！(Al1IbCraSi b)N表示所述A層時(shí)，以原子比滿足0. 15彡a彡0. 59、 0· 01 彡 b 彡 0· 1，
[0019] 當(dāng)以組成式：(Al1IdCrcT d)N表示所述B層時(shí)，以原子比滿足0. 15彡c彡0.60、 0. 005 ^ d ^ 0. 1〇
[0020] 解決上述課題的第3發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第1或第2發(fā)明所涉及的 表面包覆材料，其中，
[0021] 所述A層及所述B層的厚度分別為240nm以下。
[0022] 解決上述課題的第4發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第1發(fā)明所涉及的表面包 覆材料，其中，
[0023] 所述B層中還包含硅的氮化物。
[0024] 解決上述課題的第5發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第4發(fā)明所涉及的表面包 覆材料，其中，
[0025] 當(dāng)以組成式！(Al1IbCraSi b) N表示所述A層時(shí)，以原子比滿足0. 15彡a彡0. 60、 0· 01 彡 b 彡 0· 1，
[0026] 當(dāng)以組成式：(AlmCreSidYe) N表示所述B層時(shí)，以原子比滿足0. 15彡c彡0. 60、 0· 01 彡 d 彡 0· 1、0· 005 彡 e 彡 0· 1〇
[0027] 解決上述課題的第6發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第4或第5發(fā)明所涉及的 表面包覆材料，其中，
[0028] 所述A層及所述B層的厚度分別為150nm以下。
[0029] 解決上述課題的第7發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第1至第6發(fā)明中的任一 發(fā)明所涉及的表面包覆材料，其中，
[0030] 所述上部層的厚度為2 μ m以上且8 μ m以下。
[0031] 解決上述課題的第8發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第1至第7發(fā)明中的任一 發(fā)明所涉及的表面包覆材料，其中，
[0032] 所述金屬氮化物由鈦、鋁、鉻、鋯中的至少一種的氮化物構(gòu)成。
[0033] 解決上述課題的第9發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第1至第8發(fā)明中的任一 發(fā)明所涉及的表面包覆材料，其中，
[0034] 所述金屬氮化物設(shè)置于基材的表面。
[0035] 解決上述課題的第10發(fā)明所涉及的表面包覆材料為上述第9發(fā)明所涉及的表面 包覆材料，其中，
[0036] 所述基材由高速鋼或硬質(zhì)合金制成。
[0037] 解決上述課題的第11發(fā)明所涉及的切削工具由上述第1至第10發(fā)明中的任一發(fā) 明所涉及的表面包覆材料構(gòu)成。
[0038] 解決上述課題的第12發(fā)明所涉及的機(jī)床具備由上述第1至第10發(fā)明中的任一發(fā) 明所涉及的表面包覆材料構(gòu)成的切削工具。
[0039] 發(fā)明效果
[0040] 根據(jù)本發(fā)明所涉及的表面包覆材料，能夠顯現(xiàn)出高耐剝離性及高耐崩刀性，因此 上部層能夠充分發(fā)揮原本就具有的高溫區(qū)域中的耐磨性優(yōu)異的特性。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發(fā)明所涉及的表面包覆材料的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 根據(jù)附圖對(duì)用于良好地實(shí)施本發(fā)明所涉及的表面包覆材料、利用該表面包覆材料 的切削工具及機(jī)床的方式進(jìn)行說明，但本發(fā)明并非僅限定于根據(jù)【附圖說明】的以下實(shí)施方 式。
[0043] 根據(jù)圖1對(duì)本發(fā)明所涉及的表面包覆材料、利用該表面包覆材料的切削工具及機(jī) 床的一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0044] 如圖1所示，本實(shí)施方式所涉及的表面包覆材料10具備：基材11，由高速鋼或硬 質(zhì)合金制成；下部層12,設(shè)置于基材11的表面，且由鈦（Ti)、鋁（Al)、鉻（Cr)、鋯（Zr)中的 至少一種的氮化物（N)構(gòu)成；及上部層13,設(shè)置于下部層12的表面，且由A層14和B層15 交替層疊一層以上（圖示例中為7層）而成，所述A層由鋁（Al)、鉻（Cr)及硅（Si)的氮化 物（N)構(gòu)成，所述B層由鋁（A1)、鉻（Cr)及釔（Y)的氮化物（N)構(gòu)成。
[0045] 并且，優(yōu)選所述B層15中包含硅（Si)的氮化物（N)。
[0046] 通過如濺射蒸鍍法和離子鍍法等物理蒸鍍法（PVD)等，在所述基材11上設(shè)置由上 述組合物構(gòu)成的所述下部層12之后，設(shè)置由所述A層14和所述B層15交替層疊一層以上 而成的所述上部層13,由此能夠輕松地制造所述表面包覆材料10。
[0047] 在這種所述表面包覆材料10中，設(shè)為由以（AlCrSi) N構(gòu)成的A層14與以（AlCrY) N或（AlCrSiY)N構(gòu)成的B層15的交替層疊結(jié)構(gòu)（多層結(jié)構(gòu)），由此能夠提高上部層13的 耐剝離性及耐崩刀性，且以Al、Cr、Si、Y為必要成分的復(fù)合氮化物即硬質(zhì)皮膜能夠充分發(fā) 揮原本就具有的高溫區(qū)域中的耐磨性優(yōu)異的特性。
[0048] 另外，下部層12由鈦（Ti)、鋁（Al)、鉻（Cr)、鋯（Zr)中的至少一種的氮化物（例 如TiN、CrN、ZrN、TiAlN等）構(gòu)成，由此能夠提高與基材11 (切削工具表面）的粘附性。
[0049] 因此，利用本實(shí)施方式所涉及的表面包覆材料10的切削工具及機(jī)床，即使在局部 施加高負(fù)荷的條件下使用，也能夠在長期使用中防止發(fā)生所述上部層13的剝離和崩刀，因 此所述上部層13能夠充分發(fā)揮原本就具有的高溫區(qū)域中的耐磨性優(yōu)異的特性。
[0050] 另外，優(yōu)選以組成式：(Al^dCrcTd) N表示所述B層15時(shí)，以原子比滿足 0. 15彡c彡0. 6、0. 005彡d彡0. 1。這是因?yàn)?，若所述c的組成比率小于0. 15,則鋁（Al) 元素比率越高，尤其鋁（Al)元素比率超過0.75時(shí)，B層15本身的硬度越容易下降，因此不 太優(yōu)選，若所述c的組成比率大于0.6,則鉻（Cr)元素比率越高，B層15本身的硬度越容易 下降，因此不太優(yōu)選，若所述d的組成比率小于0.005,則難以得到通過添加釔（Y)來提高耐 熱性的效果，因此不太優(yōu)選，若所述d的組成比率大于0. 1，則難以制造 B層15本身，因此不 太優(yōu)選。
[0051] 當(dāng)能夠由以原子比滿足0.15彡。彡0.6、0.005彡(1彡0.1的組成式^11_。_ (1(：1^(1) N表示所述B層15時(shí)，優(yōu)選以組成式：(AHraSib)N表示所述A層14,以原子比滿足 0· 15彡a彡0· 59、0· 01彡b彡0· 1。這是因?yàn)?，若所述a的組成比率小于0· 15,則鋁（Al) 元素比率越高，尤其鋁（Al)元素比率超過0.75時(shí)，A層1