專利名稱：具有硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具構(gòu)件和在切削工具表面上形成該硬質(zhì)包覆層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在伴隨產(chǎn)生高熱的高速切削條件下進行各種鋼或鑄鐵等的切削加工的場合，或者在伴隨高的機械沖擊的高吃刀或高走刀等重型切削的條件下進行各種鋼或鑄鐵的切削加工的場合，硬質(zhì)包覆層具有優(yōu)異的高溫特性和強度，借此表現(xiàn)出優(yōu)異的壽命特性的包覆切削工具，以及在切削工具表面上形成上述硬質(zhì)包覆層的方法。
背景技術(shù)：
一般來說，在包覆切削工具中，有裝拆自如的安裝于刀具的前端部而用于各種鋼或鑄鐵等被切削材料的旋削加工或平削加工的不重磨刀片，用于上述被切削材料的開孔加工等的鉆頭或小型鉆頭，進而用于上述被切削材料的面削加工或槽加工、肩加工等的實心式的端面銑刀等，此外裝拆自如地安裝上述不重磨刀片，與上述實心式的端面銑刀同樣地進行切削的不重磨刀片端面銑刀工具等是公知的。
此外，作為包覆切削工具，在碳化鎢(以下用WC表示)基超硬合金、碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷組成的基體、或立方氮化硼(以下用c-BN表示)基燒結(jié)材料基體(以下作為這些的總稱叫做硬質(zhì)基體)的表面上，以1～15μm的平均厚度物理汽相沉積TiN或滿足結(jié)構(gòu)式(AlzTi1-z)N(其中按原子比，z表示0.4～0.65)的Al與Ti的復合氮化物〔以下用(Al，Ti)N表示〕層組成的硬質(zhì)包覆層而成的包覆超硬工具是公知的，這些用于各種鋼或鑄鐵等的連續(xù)切削或斷續(xù)切削加工也是公知的。
進而，以下述方法制造上述包覆切削工具也是公知的，即在圖2中以概略說明圖所示的作為物理汽相沉積裝置的一種的電弧離子鍍裝置中裝入上述硬質(zhì)基體，在靠加熱器把裝置內(nèi)加熱到例如500℃的溫度的狀態(tài)下，在陽極電極與具有規(guī)定組成的Al-Ti合金所固定的陰極電極(蒸發(fā)源)之間，以例如電流為90A的條件發(fā)生電弧放電，同時作為反應氣體把氮氣引入裝置內(nèi)，形成例如2Pa的反應氣氛，另一方面在上述硬質(zhì)基體的表面上，在施加例如-100V的偏置電壓的條件下，在上述超硬合金基體的表面上汽相沉積由上述(Al，Ti)N層組成的硬質(zhì)包覆層。
另一方面，以提高硬質(zhì)包覆層的滑動特性為目的，例如像特開平5-330956號中所公開的那樣，提出了通過離子摻雜法形成滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xRx)N(其中z取為0.005～0.20的范圍的值。R表示稀土元素，作為其候補可以舉出Dy、Y、La、Nd、Gd等。此外，z表示總金屬元素中稀土元素的原子比)的Ti與稀土元素的復合氮化物〔以下用(Ti，R)N表示〕層組成的硬質(zhì)包覆層。
近年的切削加工裝置的高性能化驚人，另一方面對切削加工的省力化和省能量化、進而低成本化的要求很強，隨此，雖然切削加工處于高速化的傾向中，但是在上述以往的包覆切削工具中，雖然在通常的切削加工條件下用這些的場合沒有問題，但是在伴隨高發(fā)熱的高速切削條件下用這些的場合，則現(xiàn)狀是加速了硬質(zhì)包覆層的磨損進行，在比較短的時間內(nèi)既達到使用壽命。
進而，近年來，雖然切削加工處于可以在高吃刀或高走刀等重型切削條件下進行的傾向中，但是在上述以往的包覆切削工具中，雖然在通常的切削加工條件下用這些的場合沒有問題，但是在伴隨高的機械沖擊的高吃刀或高走刀等重型切削條件下進行斷續(xù)切削加工的場合，則現(xiàn)狀是特別是起因于硬質(zhì)包覆層的強度和韌性不足而卷刃(微小裂紋)變得容易發(fā)生，在比較短的時間內(nèi)既達到使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明者們根據(jù)上述這種觀點，為了開發(fā)表現(xiàn)出優(yōu)異的壽命特性的包覆切削工具，特別是在斷續(xù)重型切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐卷刃性的包覆切削工具，著眼于上述以往的構(gòu)成包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層，進行研究，結(jié)果得到以下(a)至(c)的研究結(jié)果。
(a)在用上述圖2中所示的電弧離子鍍裝置形成(Ti，Y)N層的場合，如果進而調(diào)整成Y成分在與Ti成分的總量中所占有的比率(原子比)0.005～0.15的范圍，則因包覆膜中的Ti離子與Y離子的共存效應成為具有極高的包覆膜硬度和耐熱性，在將其用于切削加工的場合，即使在伴隨高的發(fā)熱的高速切削中也發(fā)揮出極其優(yōu)異的耐磨性。
(b)雖然上述(Ti，Y)N層橫跨整個厚度具有實質(zhì)上均一的組成，因而具有均質(zhì)的高溫硬度與耐磨性，但是如果用在例如圖1A中的概略俯視圖中，圖1B中的概略主視圖中所示結(jié)構(gòu)的電弧離子鍍裝置、即裝置中央部設(shè)置硬質(zhì)基體裝設(shè)用轉(zhuǎn)臺，隔著上述轉(zhuǎn)臺，以在一側(cè)含有Y成分的Ti-Y合金，在另一側(cè)將金屬Ti作為陰極電極(蒸發(fā)源)對峙配置的電弧離子鍍裝置，沿著該裝置的上述轉(zhuǎn)臺的外周部環(huán)狀地裝設(shè)多個硬質(zhì)基體，在該狀態(tài)下使裝置內(nèi)氣氛為氮氣氣氛，使上述轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，并且為了謀求汽相沉積所形成的硬質(zhì)包覆層的層厚均一化的目的一邊硬質(zhì)基體本身也自轉(zhuǎn)，一邊在上述兩側(cè)的陰極電極(蒸發(fā)源)與陽極電極之間發(fā)生電弧放電，在上述硬質(zhì)基體的表面上形成(Ti，Y)N層，則在該結(jié)果的(Ti，Y)N層中，在環(huán)狀配置于轉(zhuǎn)臺上的上述硬質(zhì)基體最接近于上述一側(cè)的Ti-Y合金的陰極電極(蒸發(fā)源)的時刻在層中形成Y成分最高含有點，此外在上述硬質(zhì)基體最接近于上述另一側(cè)的金屬Ti的陰極電極的時刻在層中形成TiN點(不含Y成分點)，通過上述轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，成為具有在層中沿著層厚方向，上述Y成分最高含有點與不含Y成分點以規(guī)定間隔重復出現(xiàn)，并且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)。
(c)在重復上述(b)而形成連續(xù)變化成分濃度分布結(jié)構(gòu)的(Ti，Y)N層之際，控制作為對峙配置的一側(cè)的陰極電極(蒸發(fā)源)的Ti-Y合金中的Y成分含量，與裝設(shè)了硬質(zhì)基體的轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)速度。
如果上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.005～0.15)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的厚度方向的間隔為0.01～0.1μm，則成為在上述Y成分最高含有點部分，表現(xiàn)出相當于上述(Ti，Y)N層具有的高溫硬度的優(yōu)異的高溫硬度，另一方面，在上述不含Y成分點部分，由于實質(zhì)上以TiN點為中心，Y成分含量顯著降低，所以確保TiN所具有的高強度與高韌性，而且因為這些Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔極小，所以作為層總體的特性在保持優(yōu)異的高溫特性的狀態(tài)下成為具備更加優(yōu)異的強度與韌性。因而，特別是在伴隨高的機械沖擊的高吃刀或高走刀等重型切削條件下進行各種鋼或鑄鐵等的斷續(xù)切削加工的場合，硬質(zhì)包覆層也發(fā)揮出優(yōu)異的耐卷刃性。
本發(fā)明是基于上述研究結(jié)果而成的，提供一種在硬質(zhì)基體的表面上以1～15μm的總平均層厚物理汽相沉積由(Ti，Y)N層組成的硬質(zhì)包覆層，在斷續(xù)重型切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐卷刃性的包覆切削工具。
優(yōu)選是上述硬質(zhì)包覆層具有以下的濃度分布結(jié)構(gòu)，沿著厚度方向，Y成分最高含有點(Ti成分最低含有點)與不含Y成分點(TiN點)在規(guī)定間隔上交互地重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化。
進而，優(yōu)選是上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.005～0.10)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm。
x的范圍雖然優(yōu)選是0.005～0.10，但是為0.005～0.07則更好，為0.01～0.05則最好。
作為上述硬質(zhì)基體，優(yōu)選是WC基超硬合金基體，TiCN基金屬陶瓷基體，或者c-BN基燒結(jié)材料基體等。
此外，基于上述研究結(jié)果，本發(fā)明提供一種在切削工具表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，在電弧離子鍍裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)臺上，在沿半徑方向離開上述轉(zhuǎn)臺的中心軸的位置上自轉(zhuǎn)自如地裝設(shè)由硬質(zhì)基體組成的切削工具，使上述電弧離子鍍裝置內(nèi)的反應氣氛為氮氣氣氛，在隔著上述轉(zhuǎn)臺對峙配置的Y成分最高含有點(Ti成分最低含有點)形成用Ti-Y合金的陰極電極和不含Y成分點(TiN點)形成用金屬Ti的陰極電極，以及與這些陰極電極的每一個一并設(shè)置的陽極電極之間發(fā)生電弧放電，因此，在上述轉(zhuǎn)臺上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的上述切削工具的表面上，以1～15μm的總平均層厚物理汽相沉積由以下的(Ti，Y)N層組成的，在斷續(xù)重型切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐卷刃性的硬質(zhì)包覆層，即、具有沿著厚度方向，Y成分最高含有點(Ti成分最低含有點)與不含Y成分點(TiN點)以規(guī)定間隔交互地重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，進而上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.005～0.10)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm，x的范圍雖然優(yōu)選是0.005～0.10，但為0.005～0.07則更好，為0.01～0.05則最好。
作為上述硬質(zhì)基體，優(yōu)選是WC基超硬合金基體，TiCN基金屬陶瓷基體，或者c-BN基燒結(jié)材料基體等。
下面，針對本發(fā)明的包覆切削工具，說明把構(gòu)成它的硬質(zhì)包覆層的構(gòu)成如上所述限定的理由。
(A)Y成分最高含有點的組成(Ti，Y)N層中的Y成分是為了提高具有高強度和高韌性的TiN層的高溫硬度而含有的，因而Y成分的含有比率越高則上述高溫特性提高，但是因為如果其比率(x值)高得在與Ti的總量中所占有的比率(原子比)超過0.10，則即使具有高強度和高韌性的TiN點鄰接地存在，保持伴隨高的機械沖擊的高吃刀或高走刀等重型切削條件下的斷續(xù)切削加工中所要求的強度和韌性變得困難，結(jié)果卷刃等變得容易發(fā)生，另一方面，其比率(x值)在與Ti的總量中所占有的比率(原子比)不足0.005時得不到上述高溫特性中想要的提高效果，所以把其比率定為0.005～0.10，最好是0.005～0.07，最好是0.01～0.05。
(B)Y成分最高含有點與不含Y成分點間的間隔在該間隔不足0.01μm時在各個點處明確地形成上述組成是困難的，結(jié)果變得無法在層中確保想要的高溫特性與強度和韌性，此外如果該間隔超過0.1μm則各個點具有的缺點，也就是如果是Y成分最高含有點則強度和韌性不足，如果是不含Y成分點則高溫特性不足在層內(nèi)局部地出現(xiàn)，起因于此卷刃變得容易發(fā)生，促進磨損進行，所以把該間隔定為0.01～0.1μm。
(C)硬質(zhì)包覆層的總平均層厚在該層厚不足1μm時，無法確保想要的耐磨性，另一方面如果該平均層厚超過15μm，則卷刃變得容易發(fā)生，所以把該平均層厚定為1～15μm。
進而，本發(fā)明者們根據(jù)上述這種觀點，為了開發(fā)表現(xiàn)出優(yōu)異的壽命特性的包覆切削工具，特別是在斷續(xù)重型切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐卷刃性的包覆切削工具，著眼于上述以往的構(gòu)成包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層，進行研究，結(jié)果得到以上(b)和以下(d)的研究結(jié)果。
(d)在重復上述(b)而形成連續(xù)變化成分濃度分布結(jié)構(gòu)的(Ti，Y)N層之際，控制作為對峙配置的一方側(cè)的陰極電極(蒸發(fā)源)的Ti-Y合金中的Y成分含量，與裝設(shè)了硬質(zhì)基體的轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)速度，如果上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.05～0.15)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的厚度方向的間隔為0.01～0.1μm，則由于在上述Y成分最高含有點部分處，表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫硬度與耐熱性，另一方面在上述不含Y成分點處，成為實質(zhì)上以TiN點為中心Y成分含量顯著降低，所以確保TiN具有的高強度與高韌性，而且因為極其減小這些Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔，所以成為在作為整個層的特性保持高強度與高韌性的狀態(tài)下具備更加優(yōu)異的高溫特性，因而，硬質(zhì)包覆層由這種構(gòu)成的(Ti，Y)N層組成的包覆切削工具在伴隨高的發(fā)熱的鋼或軟鋼等的高速切削加工中發(fā)揮出更加優(yōu)異的耐磨性。
本發(fā)明是基于上述研究結(jié)果而作成的，提供一種在硬質(zhì)基體的表面上，以1～15μm的總平均層厚物理汽相沉積由(Ti，Y)N層組成的硬質(zhì)包覆層，在高速切削加工中硬質(zhì)包覆層發(fā)揮出優(yōu)異的耐磨性的包覆切削工具。
優(yōu)選是上述硬質(zhì)包覆層具有下述的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，即、沿著厚度方向Y，成分最高含有點(Ti成分最低含有點)與不含Y成分點(TiN點)在規(guī)定間隔上交互地重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化。
進而，優(yōu)選是上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.05～0.15)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm。
作為上述硬質(zhì)基體，優(yōu)選是WC基超硬合金基體，TiCN基金屬陶瓷基體，或者c-BN基燒結(jié)材料基體等。
此外，基于上述研究結(jié)果，本發(fā)明提供一種在切削工具表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，在電弧離子鍍裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)臺上，在沿半徑方向離開上述轉(zhuǎn)臺的中心軸的位置上自轉(zhuǎn)自如地裝設(shè)由硬質(zhì)基體組成的切削工具，使上述電弧離子鍍裝置內(nèi)的反應氣氛為氮氣氣氛，在隔著上述轉(zhuǎn)臺對峙配置的Y成分最高含有點(Ti成分最低含有點)形成用Ti-Y合金的陰極電極和不含Y成分點(TiN點)形成用金屬Ti的陰極電極，與這些陰極電極的每一個一并設(shè)置的陽極電極之間發(fā)生電弧放電，因此，在上述轉(zhuǎn)臺上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的上述切削工具的表面上，以1～15μm的總平均層厚物理汽相沉積由以下的(Ti，Y)N層組成的，在高速切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性的硬質(zhì)包覆層，即、具有沿著厚度方向，Y成分最高含有點(Ti成分最低含有點)與不含Y成分點(TiN點)以規(guī)定間隔交互地重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，進而上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.05～0.15)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm，作為上述硬質(zhì)基體，優(yōu)選是WC基超硬合金基體，TiCN基金屬陶瓷基體，或者c-BN基燒結(jié)材料基體等。
下面，說明把構(gòu)成本發(fā)明的包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層，和通過本發(fā)明的硬質(zhì)包覆層形成方法所形成的構(gòu)成它的硬質(zhì)包覆層的構(gòu)成如上所述限定的理由。
(D)Y成分最高含有點的組成(Ti，Y)N層中的Y成分是為了提高具有高強度和高韌性的TiN層的高溫硬度和耐熱性而含有的，因而Y成分的含有比率越高則上述高溫特性提高，但是因為如果其比率(x值)高得在與Ti的總量中所占有的比率(原子比)超過0.15，則即使具有高強度和高韌性的TiN點鄰接地存在也避免不了層本身的強度和韌性的降低，結(jié)果變得刀刃上容易發(fā)生卷刃(微小缺口)等，另一方面其比率(x值)在與Ti的總量中所占有的比率(原子比)不足0.05時得不到上述高溫特性中想要的提高效果，所以把其比率定為0.05～0.15。
(E)Y成分最高含有點與不含Y成分點間的間隔在該間隔不足0.01μm時在各個點處明確地形成上述組成是困難的，結(jié)果變得無法在層中確保想要的高溫特性與強度和韌性，此外如果該間隔超過0.1μm則各個點具有的缺點，也就是如果是Y成分最高含有點則強度和韌性不足，如果是不含Y成分點則高溫特性不足在層內(nèi)局部地出現(xiàn)，起因于此刀刃上卷刃變得容易發(fā)生，促進磨損進行，所以把該間隔定為0.01～0.1μm。
(F)硬質(zhì)包覆層的總平均層厚在該層厚不足1μm時，無法確保想要的耐磨性，另一方面如果該平均層厚超過15μm，則刀刃上卷刃變得容易發(fā)生，所以把該平均層厚定為1～15μm。


圖1A、B示出為要形成構(gòu)成本發(fā)明的包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層而用的電弧離子鍍裝置，圖1A是概略俯視圖，圖1B是概略主視圖。
圖2是以往為要形成構(gòu)成包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層而用的通常的電弧離子鍍裝置的概略說明圖。
圖3A是包覆超硬刀片的概略透視圖，圖3B是包覆超硬刀片的概略縱斷面圖。
圖4A是包覆超硬端面銑刀的概略主視圖，圖4B是包覆超硬端面銑刀的刀刃部分的概略橫斷面圖。
圖5A是包覆超硬鉆頭的概略主視圖，圖5B是包覆超硬鉆頭的概略橫斷面圖。
具體實施例方式
下面，用實施例具體地說明本發(fā)明的包覆切削工具。
以下所示的實施例1～3涉及表現(xiàn)出優(yōu)異的壽命特性的包覆切削工具，特別是發(fā)揮出優(yōu)異的耐磨性的包覆切削工具。
(實施例1)作為原料粉末，準備全都具有1～3μm的平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、和Co粉末，把這些原料粉末配合成表1中所示的配合組成，用球磨機濕式混合72小時，干燥后，以100MPa的壓力壓制成形成壓粉體，把這種壓粉體在6Pa的真空中以溫度為1400℃保持1小時的條件下進行燒結(jié)，燒結(jié)后，對刀刃部分施行R0.04的珩磨加工形成具有ISO標準·CNMG120408的刀片形狀的WC基超硬合金制的硬質(zhì)基體A1～A10。
此外，作為原料粉末，準備全都具有0.5～2μm的平均粒徑的TiCN(重量比TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末和Ni粉末，把這些原料粉末配合成表2中所示的配合組成，用球磨機濕式混合24小時，干燥后，以100MPa的壓力壓制成形成壓粉體，把這種壓粉體在2kPa的氮氣氣氛中以溫度為1500℃保持1小時的條件下進行燒結(jié)，燒結(jié)后，對刀刃部分施行R0.04的珩磨加工形成具有ISO標準·CNMG120408的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制的硬質(zhì)基體B1～B6。
接著，把上述硬質(zhì)基體A1～A10和B1～B6的各個在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，沿著外周部裝設(shè)于圖1A、1B中所示的電弧離子鍍裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)臺上，隔著上述轉(zhuǎn)臺對峙配置作為一側(cè)的陰極電極(蒸發(fā)源)的具有種種成分組成的Y成分最高含有點形成用Ti-Y合金，作為另一側(cè)的陰極電極(蒸發(fā)源)的不含Y成分點形成用金屬Ti，首先，把裝置內(nèi)排氣，一邊保持成0.5Pa的真空，一邊用加熱器把裝置內(nèi)加熱到350℃后，把-1000V的直流偏置電壓施加于在上述轉(zhuǎn)臺上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)基體上，在作為另一側(cè)的陰極電極的上述金屬Ti與陽極電極之間發(fā)生電弧放電的條件下實施本發(fā)明法，而且對硬質(zhì)基體表面進行Ti轟擊清洗，接著作為反應氣體把氮氣引入裝置內(nèi)，成為5.3Pa的反應氣氛，并且把-30V的直流偏置電壓施加于在上述轉(zhuǎn)臺上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)基體上，在各自的陰極電極(上述Y成分最高含有點形成用Ti-Y合金和不含Y成分點形成用金屬Ti)與陽極電極之間發(fā)生電弧放電，而且在上述硬質(zhì)基體的表面上，汽相沉積沿著層厚方向具有表3、4中所示的目標組成的Y成分最高含有點與不含Y成分點(TiN點)交互地同樣以表3、4中所示的目標間隔重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，而且同樣表3、4中所示的目標總體層厚的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造具有在圖3A中用概略透視圖、在圖3B中用概略縱斷面圖所表示的形狀的作為本發(fā)明的包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制的不重磨刀片(以下稱為本發(fā)明包覆超硬刀片)1～16。
此外，出于比較的目的，把這些硬質(zhì)基體A1～A10和B1～B6在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，分別裝入圖2中所示的通常的電弧離子鍍裝置，作為一方的陰極電極(蒸發(fā)源)裝設(shè)具有種種成分組成的Ti-Y合金，把裝置內(nèi)排氣，一邊保持成0.5Pa的真空，一邊用加熱器把裝置內(nèi)加熱到500℃后，把Ar氣體引入裝置內(nèi)，成為10Pa的Ar氣氛，在該狀態(tài)下把-800V的偏置電壓施加于硬質(zhì)基體上并對硬質(zhì)基體表面進行Ar轟擊清洗，接著作為反應氣體把氮氣引入裝置內(nèi)，成為2Pa的反應氣氛，并且把施加于上述硬質(zhì)基體的偏置電壓降至-250V，在上述陰極電極與陽極電極之間發(fā)生電弧放電的條件下實施以往方法，而且在上述硬質(zhì)基體A1～A10和B1～B6的各自的表面上，汽相沉積具有表5、6中所示的目標組成和目標層厚，而且沿層厚方向?qū)嵸|(zhì)上沒有組成變化的(Ti，Y)N層組成的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造具有同樣圖3A、B中所示的形狀的作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制的不重磨刀片(以下稱為以往包覆超硬刀片)1～16。
接著，在用固定夾具把上述本發(fā)明包覆超硬刀片1～16和以往包覆超硬刀片螺釘固定于工具鋼制刀桿的前端部的狀態(tài)下，進行在被切削件JIS·SCM440的圓棒，切削速度285m/min吃刀量1.5mm送進0.3mm/rev切削時間5分鐘的條件下的合金鋼的干式高速連續(xù)旋削加工試驗，進行在被切削件JIS·S45C的長度方向等間隔加有4條縱槽的圓棒，切削速度315m/min吃刀量2mm送進0.25mm/rev切削時間5分鐘的條件下的碳素鋼的干式高速斷續(xù)旋削加工試驗，進而進行在被切削件JIS·FC330的長度方向等間隔加有4條縱槽的圓棒，切削速度355m/min吃刀量2mm
送進0.25mm/rev切削時間5分鐘的條件下的鑄鐵的干式高速斷續(xù)旋削加工試驗，每個旋削加工試驗中都測定刀刃的后隙面磨損幅度，該測定結(jié)果示于表3～6。
掃描速度1K/min白蛋白濃度100μM溶劑1/15M磷酸緩沖液(pH7.4)熱變性的可逆性是將初次測定后的白蛋白溶液冷卻后，再加熱確認的。其結(jié)果表明，若加熱到85℃以下，白蛋白不引起不可逆的變性，引起可逆的熱轉(zhuǎn)移。得到的溫度記錄圖是使用非線形擬合計算法(Using Origin Tmscientific plotting software)進行擬合(fitting)。其結(jié)果，使用得到的過剩熱容量曲線下面積，進行如下的解析。
轉(zhuǎn)移焓變化ΔHcal＝∫Cex dTCxe表示過剩熱容量。
(3)結(jié)果如表1表明，添加了各種藥劑的溶液，比不添加HSA溶液都增加熱轉(zhuǎn)移溫度(Tm)。通過添加辛酸鈉，白蛋白的Tm上升約7℃，顯示提高了對于熱的穩(wěn)定性。
另外，即使單獨添加N-乙?；鞍彼?，Tm和增加轉(zhuǎn)移焓變化ΔHcal也稍微提高。
添加了辛酸鈉和N-乙?；鞍彼岬娜芤撼蔀榘椎鞍赘兄刃虻牧Ⅲw結(jié)構(gòu)狀態(tài)，是比天然(native)狀態(tài)更穩(wěn)定的狀態(tài)。
表1

表1.托烷基酯

托烷基酯的制備可商購時，則使用酰氯(表2)。當通過商業(yè)渠道只能獲得羧酸時，首先通過眾所周知的技術(shù)將它轉(zhuǎn)化成酰氯，然后再使用(March，1985)。
托烷基酯是使用平行合成技術(shù)通過4×6微量滴定板排列制備的(Bunnin，1998)。將托烷-3-醇(tropan-3-ol)(100mg)放入所述微量滴定板上的每一個孔中，然后添加二氯甲烷(4ml)，然后添加三乙胺(0.5ml)。用溶解在二氯甲烷(2ml)中的酰氯(1.05摩爾當量)的溶液或<p>[表3]




(實施例2)作為原料粉末，準備具有平均粒度為5.5μm的中粗粒WC粉末、具有平均粒度0.8μm的微粒WC粉末、具有平均粒徑1.3μm的TaC粉末、具有平均粒度1.2μm的NbC粉末、具有平均粒度1.2μm的ZrC粉末、具有平均粒度2.3μm的Cr3C2粉末、具有平均粒度1.5μm的VC粉末、具有平均粒度1.0μm的(Ti，W)C粉末、和具有平均粒度1.8μm的Co粉末，把這些原料粉末分別配合成表7中所示的配合組成，進而加上石蠟在丙酮中球磨混合24小時，減壓干燥后，以100MPa的壓力壓制成形成規(guī)定形狀的各種壓粉體，把這些壓粉體在6Pa的真空氣氛中，以7℃/分的升溫速度升溫到1370～1470℃的范圍內(nèi)的規(guī)定的溫度，在該溫度下保持1小時后，在爐冷的條件下進行燒結(jié)，形成直徑8mm、13mm和26mm的三種硬質(zhì)基體形成用圓棒燒結(jié)體，進而從上述三種圓棒燒結(jié)體，用切削加工，以表7中所示的組合，分別制造具有刀刃部的直徑×長度分別為6mm×13mm、10mm×22mm、和20mm×45mm的尺寸的硬質(zhì)基體(端面銑刀)C-1～C-8。
接著，在這些硬質(zhì)基體(端面銑刀)C-1～C-8的表面上施行珩磨，在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，同樣裝入圖1A、1B中所示的電弧離子鍍裝置，在與上述實施例1同一的條件下實施本發(fā)明法，汽相沉積有沿著層厚方向具有表8中所示的目標組成的Y成分最高含有點與不含Y成分點交互地同樣以表8中所示的目標間隔重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點，從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，而且同樣表8中所示的目標總體層厚的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造具有在圖4A中用概略透視圖，在圖4B中用概略縱斷面圖所表示的形狀的作為本發(fā)明的包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制端面銑刀(以下稱為本發(fā)明包覆超硬端面銑刀)1～8。
此外，出于比較的目的，在上述硬質(zhì)基體(端面銑刀)C-1～C-8的表面上施行珩磨，在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，同樣裝入圖2中所示的通常的電弧離子鍍裝置，在與上述實施例1同一的條件下實施以往法，汽相沉積具有表9中所示的目標組成和目標層厚，而且沿層厚方向?qū)嵸|(zhì)上沒有組成變化的(Ti，Y)N層組成的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制端面銑刀(以下稱為以往包覆超硬端面銑刀)1～8。
接著，針對上述本發(fā)明包覆超硬端面銑刀1～8和以往包覆超硬端面銑刀1～8當中的，本發(fā)明包覆超硬端面銑刀1、2、3和以往包覆超硬端面銑刀1、2、3進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC53)的板材，切削速度60m/min槽深度(吃刀量)0.2mm工作臺送進120mm/分鐘的條件下的工具鋼的濕式高速切槽加工試驗，針對本發(fā)明包覆超硬端面銑刀4～6和以往包覆超硬端面銑刀4～6，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SUS304的板材，切削速度75m/min槽深度(吃刀量)3mm工作臺送進230mm/分鐘的條件下的不銹鋼的濕式高速切槽加工試驗，針對本發(fā)明包覆超硬端面銑刀7、8和以往包覆超硬端面銑刀7、8，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SNCM439的板材，切削速度170m/min槽深度(吃刀量)6mm工作臺送進240mm/分鐘的條件下的合金鋼的濕式高速切槽加工試驗(每個試驗都使用水溶性切削油)，在每個切槽加工試驗中都測定直到刀刃部分前端面的直徑減少使用壽命的大致目標的0.15mm的切槽長度。該測定結(jié)果分別示于表8、9。




(實施例3)用在上述實施例2中制造的直徑8mm(硬質(zhì)基體C-1～C-3形成用)、13mm(硬質(zhì)基體C-4～C-6形成用)和26 mm(硬質(zhì)基體C-7、C-8形成用)的三種圓棒燒結(jié)體，從這三種圓棒燒結(jié)體，用磨削加工，分別制造具有槽形成部的直徑×長度分別為4mm×13mm(硬質(zhì)基體D-1～D-3)、8mm×22mm(硬質(zhì)基體D-4～D-6)和16mm×45mm(硬質(zhì)基體D-7、D-8)的尺寸的硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8。
接著，在這些硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8的表面上施行珩磨，在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，同樣裝入圖1A、1B中所示的電弧離子鍍裝置，在與上述實施例1同一的條件下實施本發(fā)明法，汽相沉積有沿著層厚方向具有表10中所示的目標組成的Y成分最高含有點與不含Y成分點交互地同樣以表10中所示的目標間隔重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，而且同樣表10中所示的目標總體層厚的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造具有在圖5A中用概略透視圖，在圖5B中用概略縱斷面圖所表示的形狀的作為本發(fā)明的包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制鉆頭(以下稱為本發(fā)明包覆超硬鉆頭)1～8。
此外，出于比較的目的，在上述硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8的表面上施行珩磨，在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，同樣裝入圖2中所示的通常的電弧離子鍍裝置，在與上述實施例1同一的條件下實施以往法，汽相沉積具有表11中所示的目標組成和目標層厚，而且沿層厚方向?qū)嵸|(zhì)上沒有組成變化的(Ti，Y)N層組成的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制鉆頭(以下稱為以往包覆超硬鉆頭)1～8。
接著，針對上述本發(fā)明包覆超硬鉆頭1～8和以往包覆超硬鉆頭1～8當中的，本發(fā)明包覆超硬鉆頭1～3和以往包覆超硬鉆頭1～3，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC53)的板材，切削速度50m/min
送進0.2mm/rev的條件下的工具鋼的濕式高速開孔加工試驗，針對本發(fā)明包覆超硬鉆頭4～6和以往包覆超硬鉆頭4～6，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·FCD450的板材，切削速度120m/min送進0.35mm/rev的條件下的球墨鑄鐵的濕式高速開孔加工試驗，針對本發(fā)明包覆超硬端面銑刀7、8和以往包覆超硬端面銑刀7、8，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·FC300的板材，切削速度150m/min送進0.45mm/rev的條件下的鑄鐵的濕式高速開孔加工試驗，在每個濕式開孔加工試驗(使用水溶性切削油)中都測定直到前端刀刃面的后隙面的磨損幅度達到0.3mm的開孔加工數(shù)。該測定結(jié)果分別示于表10、11。



再者，用俄歇分光分析裝置測定構(gòu)成該結(jié)果所得到的作為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明包覆超硬刀片1～16，本發(fā)明包覆超硬端面銑刀1～8，和本發(fā)明包覆超硬鉆頭1～8的硬質(zhì)包覆層中的Y成分最高含有點與不含Y成分點的組成，以及作為以往包覆切削工具的以往包覆超硬刀片1～16，以往包覆超硬端面銑刀1～8，和以往包覆超硬鉆頭1～8的硬質(zhì)包覆層的組成時，表現(xiàn)出與各自目標組成實質(zhì)上相同的組成。
此外，用掃描型電子顯微鏡對這些本發(fā)明包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層中的Y成分最高含有點與不含Y成分點間的間隔，和這些的總體層厚，以及以往包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的厚度進行斷面測定時，全都表現(xiàn)出與目標值實質(zhì)上相同的值。
根據(jù)表3～11中所示的結(jié)果，硬質(zhì)包覆層具有沿厚度方向Y成分最高含有點與不含Y成分點交互地以規(guī)定間隔重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)的本發(fā)明包覆切削工具，全都即使以伴隨高的發(fā)熱的高速進行鋼或鑄鐵的切削加工，也因硬質(zhì)包覆層Y成分含量更高的上述Y成分最高含有點的存在而具備更加優(yōu)異的高溫特性(高溫硬度與耐熱性)，進而因?qū)嵸|(zhì)上由TiN組成的不含Y成分點而具備高強度與高韌性，所以發(fā)揮出優(yōu)異的耐磨性，與此相反在硬質(zhì)包覆層沿層厚方向?qū)嵸|(zhì)上沒有組成變化，而且Y成分含量比上述Y成分最高含有點相對要低的(Ti，Y)N層組成的以往包覆切削工具中，在伴隨高溫的高速切削加工中出于高溫特性不足的原因刀刃的磨損進行得很快，在比較短時間內(nèi)就達到使用壽命是明顯的。
如上所述，因為本發(fā)明的包覆切削工具，特別是即使是各種的鋼或鑄鐵等的高速切削加工也發(fā)揮出優(yōu)異的耐磨性，長期表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能，所以可以充分滿足地適應于切削加工裝置的高性能化，以及切削加工的省力化和省能量化，進而低成本化。
下面，通過更多的實施例具體地說明本發(fā)明的包覆切削工具。
以下所示的實施例4～6涉及表現(xiàn)出優(yōu)異的壽命特性的包覆切削工具，特別是發(fā)揮出優(yōu)異的耐卷刃性的包覆切削工具。
(實施例4)
作為原料粉末，準備全都具有1～3μm的平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、和Co粉末，把這些原料粉末配合成表12中所示的配合組成，用球磨機濕式混合72小時，干燥后，以100MPa的壓力壓制成形成壓粉體，把這種壓粉體在6Pa的真空中，以溫度為1400℃保持1小時的條件下進行燒結(jié)，燒結(jié)后，對刀刃部分施行R0.04的珩磨加工形成具有ISO標準·CNMG120412的刀片形狀的WC基超硬合金制的硬質(zhì)基體A1～A10。
此外，作為原料粉末，準備全都具有0.5～2μm的平均粒徑的TiCN(重量比TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末和Ni粉末，把這些原料粉末配合成表13中所示的配合組成，用球磨機濕式混合24小時，干燥后，以100MPa的壓力壓制成形成壓粉體，把這種壓粉體在2kPa的氮氣氣氛中，以溫度為1500℃保持1小時的條件下進行燒結(jié)，燒結(jié)后，對刀刃部分施行R0.04的珩磨加工形成具有ISO標準·CNMG120408的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制的硬質(zhì)基體B1～B6。
接著，把上述硬質(zhì)基體A1～A10和B1～B6的各個在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，沿著外周部裝設(shè)于圖1A、1B中所示的電弧離子鍍裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)臺上，隔著上述轉(zhuǎn)臺對峙配置作為一側(cè)的陰極電極(蒸發(fā)源)的具有種種成分組成的Y成分最高含有點形成用Ti-Y合金，作為另一側(cè)的陰極電極(蒸發(fā)源)的不含Y成分點形成用金屬Ti，首先，將裝置內(nèi)排氣，一邊保持成0.5Pa的真空，一邊用加熱器把裝置內(nèi)加熱到350℃后，把-1000V的直流偏置電壓施加于在上述轉(zhuǎn)臺上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)基體上，在作為另一側(cè)的陰極電極的上述金屬Ti與陽極電極之間發(fā)生電弧放電的條件下實施本發(fā)明法，而且對硬質(zhì)基體表面進行Ti轟擊清洗，接著作為反應氣體把氮氣引入裝置內(nèi)，成為5.3Pa的反應氣氛，并且把-30V的直流偏置電壓施加于在上述轉(zhuǎn)臺上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)基體上，在各自的陰極電極(上述Y成分最高含有點形成用Ti-Y合金和不含Y成分點形成用金屬Ti)與陽極電極之間發(fā)生電弧放電，而且在上述硬質(zhì)基體的表面上，汽相沉積沿著層厚方向具有表14、15中所示的目標組成的Y成分最高含有點與不含Y成分點(TiN點)交互地同樣以表14、15中所示的目標間隔重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，而且同樣表14、15中所示的目標總體層厚的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造具有在圖3A中用概略透視圖，在圖3B中用概略縱斷面圖所表示的形狀的作為本發(fā)明的包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制的不重磨刀片(以下稱為本發(fā)明包覆超硬刀片)1～20。
此外，出于比較的目的，把這些硬質(zhì)基體A1～A10和B1～B6在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，分別裝入圖2中所示的通常的電弧離子鍍裝置，作為一方陰極電極(蒸發(fā)源)裝設(shè)具有種種成分組成的Ti-Y合金，將裝置內(nèi)排氣，一邊保持成0.5Pa的真空，一邊用加熱器把裝置內(nèi)加熱到500℃后，把Ar氣體引入裝置內(nèi)，成為10Pa的Ar氣氛，在該狀態(tài)下把-800V的偏置電壓施加于硬質(zhì)基體上并對硬質(zhì)基體表面進行Ar轟擊清洗，接著作為反應氣體把氮氣引入裝置內(nèi)，成為2Pa的反應氣氛，并且把施加于上述硬質(zhì)基體上的偏置電壓降至-250V，在上述陰極電極與陽極電極之間發(fā)生電弧放電的條件下實施以往法，而且在上述硬質(zhì)基體A1～A10和B1～B6的各自的表面上，汽相沉積具有表16、17中所示的目標組成和目標層厚，而且沿層厚方向?qū)嵸|(zhì)上沒有組成變化的(Ti，Y)N層組成的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造具有同樣圖3A中所示的形狀的作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制的不重磨刀片(以下稱為以往包覆超硬刀片)1～20。
接著，針對上述本發(fā)明包覆超硬刀片1～20和以往包覆超硬刀片1～20，在把它們用固定夾具螺釘固定于工具鋼制刀桿的前端部的狀態(tài)下，進行在被切削件JIS·SCM440的長度方向等間隔加有4條縱槽的圓棒，切削速度150m/min吃刀量6.8mm送進0.2mm/rev切削時間7分鐘的條件下的合金鋼的干式高速斷續(xù)旋削加工試驗，進行在被切削件JIS·S45C的長度方向等間隔加有4條縱槽的圓棒，切削速度150m/min吃刀量1.5mm送進0.7mm/rev切削時間7分鐘的條件下的碳素鋼的干式高速斷續(xù)旋削加工試驗，進而進行在被切削件JIS·FC300的長度方向等間隔加有4條縱槽的圓棒，切削速度180m/min吃刀量7mm送進0.2mm/rev切削時間7分鐘的條件下的鑄鐵的干式高速斷續(xù)旋削加工試驗，每個旋削加工試驗中都測定刀刃的后隙面磨損幅度，該測定結(jié)果示于表14～17。






(表中、使用壽命是產(chǎn)生卷刃)

(表中、使用壽命是產(chǎn)生卷刃)
(實施例5)作為原料粉末，準備具有平均粒度5.5μm的中粗粒WC粉末、具有平均粒度0.8μm的微粒WC粉末、具有平均粒徑1.3μm的TaC粉末、具有平均粒度1.2μm的NbC粉末、具有平均粒度1.2μm的ZrC粉末、具有平均粒度2.3μm的Cr3C2粉末、具有平均粒度1.5 μm的VC粉末、具有平均粒度1.0μm的(Ti，W)C粉末，和具有平均粒度1.8μm的Co粉末，把這些原料粉末分別配合成表18中所示的配合組成，進而加上石蠟在丙酮中球磨混合24小時，減壓干燥后，以100MPa的壓力壓制成形成規(guī)定形狀的各種壓粉體，把這些壓粉體在6Pa的真空氣氛中，以7℃/分的升溫速度升溫到1370～1470℃的范圍內(nèi)的規(guī)定的溫度，在該溫度下保持1小時，在爐冷的條件下進行燒結(jié)，形成直徑8mm、13mm和26mm的三種硬質(zhì)基體形成用圓棒燒結(jié)體，進而從上述三種圓棒燒結(jié)體，用磨削加工，以表18中所示的組合，分別制造具有刀刃部的直徑×長度分別為6mm×13mm、10mm×22mm和20mm×45mm的尺寸的硬質(zhì)基體(端面銑刀)C-1～C-8。
接著，把這些硬質(zhì)基體(端面銑刀)C-1～C-8在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，同樣裝入圖1A、1B中所示的電弧離子鍍裝置，在與上述實施例4同一的條件下實施本發(fā)明法，汽相沉積有沿著層厚方向具有表19中所示的目標組成的Y成分最高含有點與不含Y成分點交互地同樣以表19中所示的目標間隔重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，而且同樣表19中所示的目標總體層厚的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造具有在圖4A中用概略透視圖，在圖4B中用概略縱斷面圖所表示的形狀的作為本發(fā)明的包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制端面銑刀(以下稱為本發(fā)明包覆超硬端面銑刀)1～10。
此外，出于比較的目的，把上述硬質(zhì)基體(端面銑刀)C-1～C-8在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，同樣裝入圖2中所示的通常的電弧離子鍍裝置，在與上述實施例4同一的條件下實施以往法，汽相沉積具有表20中所示的目標組成和目標層厚，而且沿層厚方向?qū)嵸|(zhì)上沒有組成變化的(Ti，Y)N層組成的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制端面銑刀(以下稱為以往包覆超硬端面銑刀)1～10。
接著，針對上述本發(fā)明包覆超硬端面銑刀1～10和以往包覆超硬端面銑刀1～10當中的，本發(fā)明包覆超硬端面銑刀1、2、3、9、10和以往包覆超硬端面銑刀1、2、3、9、10，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SKD11的板材，切削速度20m/min槽深度(吃刀量)1.5mm工作臺送進50mm/分鐘的條件下的工具鋼的濕式高速切槽加工試驗，針對本發(fā)明包覆超硬端面銑刀4～6和以往包覆超硬端面銑刀4～6，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SUS304的板材，切削速度50m/min槽深度(吃刀量)10mm工作臺送進290mm/分鐘的條件下的不銹鋼的濕式高吃刀量切槽加工試驗，針對本發(fā)明包覆超硬端面銑刀7、8和以往包覆超硬端面銑刀7、8，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SNCM439的板材，切削速度60m/min槽深度(吃刀量)5mm工作臺送進450mm/分鐘的條件下的合金鋼的濕式高送進切槽加工試驗(每個試驗都使用水溶性切削油)，在每個切槽加工試驗中都測定直到刀刃部分前端面的直徑減少到使用壽命的大致目標的0.2mm的切槽長度。該測定結(jié)果分別示于表19、20。




(實施例6)用在上述實施例5中制造的直徑8mm(硬質(zhì)基體C-1～C-3形成用)、13mm(硬質(zhì)基體C-4～C-6形成用)和26mm(硬質(zhì)基體C-7、C-8形成用)的三種圓棒燒結(jié)體，進而從上述三種圓棒燒結(jié)體，用磨削加工，分別制造具有槽形成部的直徑×長度分別為4mm×13mm(硬質(zhì)基體D-1～D-3)、8mm×22mm(硬質(zhì)基體D-4～D-6)和16mm×45mm(硬質(zhì)基體D-7、D-8)的尺寸的硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8。
接著，在這些硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8的刀刃上施行珩磨，在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，同樣裝入圖1A、1B中所示的電弧離子鍍裝置，在與上述實施例4同一的條件下實施本發(fā)明法，汽相沉積有沿著層厚方向具有表21中所示的目標組成的Y成分最高含有點與不含Y成分點交互地同樣以表21中所示的目標間隔重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，而且同樣表21中所示的目標總體層厚的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造具有在圖5A中用概略透視圖，在圖5B中用概略縱斷面圖所表示的形狀的作為本發(fā)明的包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制鉆頭(以下稱為本發(fā)明包覆超硬鉆頭)1～10。
此外，出于比較的目的，在上述硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8的刀刃上施行珩磨，在丙酮中進行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，同樣裝入圖2中所示的通常的電弧離子鍍裝置，在與上述實施例4同一的條件下實施以往法，汽相沉積具有表22中所示的目標組成和目標層厚，而且沿層厚方向?qū)嵸|(zhì)上沒有組成變化的(Ti，Y)N層組成的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制鉆頭(以下稱為以往包覆超硬鉆頭)1～10。
接著，針對上述本發(fā)明包覆超硬鉆頭1～10和以往包覆超硬鉆頭1～10當中的，本發(fā)明包覆超硬鉆頭1、2、3、9、10和以往包覆超硬鉆頭1、2、3、9、10，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SKD61(硬度HRC53)的板材，切削速度20m/min
送進0.3mm/rev的條件下的工具鋼的濕式高送進開孔切削加工試驗，針對本發(fā)明包覆超硬鉆頭4～6和以往包覆超硬鉆頭4～6，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·FCD450的板材，切削速度35m/min送進0.6mm/rev的條件下的球墨鑄鐵的濕式高送進開孔切削加工試驗，針對本發(fā)明包覆超硬端面銑刀7、8和以往包覆超硬端面銑刀7、8，進行在被切削件平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·FC300的板材，切削速度65m/min送進0.9mm/rev的條件下的鑄鐵的濕式高送進開孔切削加工試驗，在每個濕式開孔切削加工試驗(使用水溶性切削油)中都測定直到前端刀刃面的后隙面的磨損幅度達到0.3mm的開孔加工數(shù)。該測定結(jié)果分別示于表21、22。



(表中、使用壽命為卷刃原因)
用俄歇分光分析裝置測定構(gòu)成該結(jié)果所得到的作為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明包覆超硬刀片1～20，本發(fā)明包覆超硬端面銑刀1～10，和本發(fā)明包覆超硬鉆頭1～10的硬質(zhì)包覆層中的Y成分最高含有點與不含Y成分點的組成，以及作為以往包覆切削工具的以往包覆超硬刀片1～20，以往包覆超硬端面銑刀1～10，和以往包覆超硬鉆頭1～10的硬質(zhì)包覆層的組成時，表現(xiàn)出與各自目標組成實質(zhì)上相同的組成。此外，用掃描型電子顯微鏡對這些本發(fā)明包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層中的Y成分最高含有點與不含Y成分點間的間隔，和這些的總體層厚，以及以往包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的厚度進行斷面測定時，全都表現(xiàn)出與目標值實質(zhì)上相同的值。
根據(jù)表14～22中所示的結(jié)果，硬質(zhì)包覆層具有沿厚度方向具有高溫硬度與耐熱性的Y成分最高含有點與具有高強度與高韌性的不含Y成分點交互地以規(guī)定間隔重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)的本發(fā)明包覆切削工具，全都即使以伴隨高的機械沖擊的高吃刀量或高送進等重型切削條件進行各種鋼或鑄鐵的斷續(xù)切削加工，硬質(zhì)包覆層也發(fā)揮出優(yōu)異的耐卷刃性，與此相反在硬質(zhì)包覆層沿層厚方向?qū)嵸|(zhì)上沒有組成變化的(Ti，Y)N層組成的以往包覆切削工具中，雖然上述硬質(zhì)包覆層具有優(yōu)異的高溫硬度與耐熱性，但是因為強度和韌性差，所以發(fā)生卷刃，因此在比較短時間內(nèi)就達到使用壽命是明顯的。
如上所述，因為不用說通常條件下的切削加工，特別是即使在伴隨高的機械沖擊的高吃刀量或高速送進等重型切削條件下進行各種的鋼或鑄鐵等的斷續(xù)切削加工的場合，也發(fā)揮出優(yōu)異的耐卷刃性，長期表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性，所以可以充分滿足地適應于切削加工裝置的省力化和省能量化，進而低成本化。
權(quán)利要求
1.一種表面包覆切削工具構(gòu)件，在硬質(zhì)基體的表面上以1～15μm的總平均層厚物理汽相沉積由Ti與Y的復合氮化物層組成的硬質(zhì)包覆層而成，其特征在于，上述硬質(zhì)包覆層具有以下的濃度分布結(jié)構(gòu)，沿著厚度方向，Y成分最高含有點(Ti成分最低含有點)與不含Y成分點(TiN點)在規(guī)定間隔上交互地重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具構(gòu)件，其特征在于，上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.05～0.15)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm。
3.權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具構(gòu)件，其特征在于，上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.005～0.10)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm。
4.權(quán)利要求3所述的表面包覆切削工具構(gòu)件，其特征在于，上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.005～0.07)。
5.權(quán)利要求3所述的表面包覆切削工具構(gòu)件，其特征在于，上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.01～0.05)。
6.權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具構(gòu)件，其特征在于，上述硬質(zhì)基體為碳化鎢基超硬合金基體。
7.權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具構(gòu)件，其特征在于，上述硬質(zhì)基體為碳氮化鈦基金屬陶瓷基體。
8.權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具構(gòu)件，其特征在于，上述硬質(zhì)基體為立方晶氮化硼基燒結(jié)材料基體等。
9.一種在切削工具表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，在電弧離子鍍裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)臺上，在沿半徑方向離開上述轉(zhuǎn)臺的中心軸的位置上自轉(zhuǎn)自如地裝設(shè)由硬質(zhì)基體組成的切削工具，使上述電弧離子鍍裝置內(nèi)的反應氣氛為氮氣氣氛，在隔著上述轉(zhuǎn)臺對峙配置的Y成分最高含有點(Ti成分最低含有點)形成用Ti-Y合金的陰極電極和不含Y成分點(TiN點)形成用金屬Ti的陰極電極，以及與這些陰極電極的每一個一并設(shè)置的陽極電極之間發(fā)生電弧放電，因此，在上述轉(zhuǎn)臺上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的上述切削工具的表面上，以1～15μm的總平均層厚物理汽相沉積具有以下的成分濃度分布結(jié)構(gòu)的由Ti與Y的復合氮化物組成的硬質(zhì)包覆層，即，沿著厚度方向，Y成分最高含有點(Ti成分最低含有點)與不含Y成分點(TiN點)以規(guī)定間隔交互地重復存在，而且從上述Y成分最高含有點到上述不含Y成分點、從上述不含Y成分點到上述Y成分最高含有點，Y成分含量連續(xù)變化。
10.權(quán)利要求9所述的在切削工具的表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，上述硬質(zhì)包覆層是上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原于比x為0.05～0.15)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm。
11.權(quán)利要求9所述的在切削工具的表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，上述硬質(zhì)包覆層是上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.005～0.10)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm。
12.權(quán)利要求9所述的在切削工具的表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，上述硬質(zhì)包覆層是上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.005～0.07)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm。
13.權(quán)利要求9所述的在切削工具的表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，上述硬質(zhì)包覆層是上述Y成分最高含有點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x為0.01～0.05)，而且相鄰的上述Y成分最高含有點與不含Y成分點的間隔為0.01～0.1μm。
14.權(quán)利要求9所述的在切削工具的表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，上述硬質(zhì)基體為碳化鎢基超硬合金基體。
15.權(quán)利要求9所述的在切削工具的表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，上述硬質(zhì)基體為碳氮化鈦基金屬陶瓷基體。
16.權(quán)利要求9所述的在切削工具的表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征在于，上述硬質(zhì)基體為立方晶氮化硼基燒結(jié)材料基體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種因硬質(zhì)包覆層而表現(xiàn)出優(yōu)異的壽命特性的表面包覆切削工具構(gòu)件。包含Ti－Y復合氮化物的硬質(zhì)包覆層在碳化鎢基超硬合金基體、碳氮化鈦基金屬陶瓷基體或立方晶氮化硼基燒結(jié)材料基體的表面上通過物理汽相沉積形成到總平均層厚1至15μm。該硬質(zhì)包覆層具有成分濃度分布結(jié)構(gòu)，其中Y成分最大含量點(Ti成分最小含量點)和不含Y成分點(TiN點)以預定的間隔沿著層厚交錯，而且從Y成分最大含量點到不含Y成分點、從不含Y成分點到Y(jié)成分最大含量點，Y成分含量連續(xù)變化。上述Y成分最大含量點滿足結(jié)構(gòu)式(Ti
文檔編號C23C14/34GK1638900SQ03805569
公開日2005年7月13日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者中村惠滋, 高岡秀充, 田代安彥 申請人:三菱麻鐵里亞爾株式會社, 三菱綜合材料神戶工具株式會社