基體A及工具基體a的表面，使用以往的物理蒸鍍裝置并通過電 弧離子鍍，以目標(biāo)層厚蒸鍍形成參考例的（TigAU(CyNh)層，從而制造出表6所示的參考 包覆工具9、10。
[0086] 另外，電弧離子鍍的條件如下。
[0087] (a)在丙酮中對上述工具基體A及a進行超聲波清洗，以干燥的狀態(tài)，在從電弧離 子鍍裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)臺上的中心軸沿半徑方向隔開規(guī)定距離的位置上沿著外周部進行安裝，并 且，配置規(guī)定組成的Al-Ti合金來作為陰極電極（蒸發(fā)源），
[0088] (b)首先，對裝置內(nèi)進行排氣而保持l(T2Pa以下的真空，同時利用加熱器將裝置內(nèi) 加熱至500°C之后，對在所述轉(zhuǎn)臺上自轉(zhuǎn)的同時旋轉(zhuǎn)的工具基體施加-1000V的直流偏置電 壓，并且，使200A的電流流過由Al-Ti合金構(gòu)成的陰極電極與陽極電極之間而產(chǎn)生電弧放 電，使得在裝置內(nèi)產(chǎn)生A1及Ti離子，由此對工具基體表面進行轟擊清洗，
[0089] (c)其次，在裝置內(nèi)導(dǎo)入作為反應(yīng)氣體的氮氣而設(shè)為4Pa的反應(yīng)氣氛，并且對在所 述轉(zhuǎn)臺上自轉(zhuǎn)的同時旋轉(zhuǎn)的工具基體施加-50V的直流偏置電壓，并且，使120A的電流流過 上述由Al-Ti合金構(gòu)成的陰極電極（蒸發(fā)源）與陽極電極之間而產(chǎn)生電弧放電，并在所述 工具基體的表面蒸鍍形成表6所示的目標(biāo)平均組成、目標(biāo)平均層厚的（Al，Ti)N層，從而制 造出參考例包覆工具9、10。
[0090] 并且，使用掃描型電子顯微鏡（倍率5000倍），對本發(fā)明包覆工具1?15、比較包 覆工具1?8、11?15以及參考包覆工具9、10的各結(jié)構(gòu)層的與工具基體垂直的方向的截 面進行測定，測量觀察視場內(nèi)的5個點的層厚并進行平均來求出平均層厚，結(jié)果均顯示出 與表5及表6所示的目標(biāo)總計層厚基本上相同的平均總計層厚。
[0091] 并且，關(guān)于復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的平均A1含有比例X，使用電子射線顯 微分析儀（EPMA，ElectronProbeMicroAnalyser)，對試樣照射電子射線，由所得到的特 征X射線的分析結(jié)果的10個點的平均求出A1的平均A1含有比例X。關(guān)于平均C含有比例 y，使用二次離子質(zhì)量分析法（SIMS，SecondaryIonMassSpectroscopy)求出。從試樣表 面?zhèn)认?0ymX70ym的范圍照射離子束，對通過濺射作用而放射出的成分進行深度方向 的濃度測定。平均C含有比例y表示關(guān)于Ti和A1的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的深度 方向的平均值。
[0092] 并且，對于本發(fā)明包覆工具1?15及比較包覆工具1?8、11?15及參考包覆工 具9、10,同樣從與工具基體垂直的方向的截面方向使用掃描型電子顯微鏡（倍率5000倍及 20000倍）進行如下測定，對于與工具基體表面水平的方向上在長度10ym的范圍內(nèi)存在 的硬質(zhì)包覆層的交替層疊結(jié)構(gòu)的構(gòu)成區(qū)域A層的微粒粒狀組織（TigAU(CyNh)層中的各 個晶粒，測定與工具基體表面平行的粒子寬度，計算出在測定范圍內(nèi)存在的粒子的平均值， 從而測定平均粒子寬度W，并測定與工具基體表面垂直的方向的粒子長度，計算出在測定范 圍內(nèi)存在的粒子的平均值，從而求出平均粒子長度L。并且，對于構(gòu)成區(qū)域B層的柱狀組織 (TigAD(CyNh)層中的各個晶粒，測定與工具基體表面平行的粒子寬度，計算出在測定范 圍內(nèi)存在的粒子的平均值，從而測定平均粒子寬度W，并測定與工具基體表面垂直的方向的 粒子長度，計算在測定范圍內(nèi)存在的粒子的平均值，從而測定平均粒子長度L。將其結(jié)果示 于表5及表6〇
[0093] 并且，使用電子背散射衍射裝置，以將由Ti和A1的復(fù)合碳氮化物層構(gòu)成的硬質(zhì) 包覆層的與工具基體垂直的方向的截面設(shè)為研磨面的狀態(tài)，設(shè)置于場發(fā)射型掃描電子顯微 鏡的鏡筒內(nèi)，以與所述研磨面成70度的入射角度并以InA的照射電流，對在所述截面研磨 面的測定范圍內(nèi)存在的各個晶粒照射15kV的加速電壓的電子射線，對于在與工具基體水 平的方向上在長度100um上的硬質(zhì)包覆層，以0. 01ym/step的間隔測定電子背散射衍射 圖像并分析各個晶粒的晶體結(jié)構(gòu)，從而鑒定是立方晶結(jié)構(gòu)還是六方晶結(jié)構(gòu)，并且求出區(qū)域A 層的立方晶相所占的面積比例及區(qū)域B層的六方晶相所占的面積比例。將其結(jié)果示于表5 及表6。
[0094] 并且，對于所述復(fù)合碳氮化物層，使用X射線衍射裝置并將Cu-Ka射線作為射線 源來實施X射線衍射試驗，求出立方晶粒的晶格常數(shù)a。復(fù)合碳氮化物層內(nèi)的立方晶粒的 衍射峰通過確認分別與在JCPDS00-038-1420立方晶TiN和JCPDS00-046-1200立方晶A1N 表示的同一結(jié)晶面的衍射角度之間（例如，36. 66?38. 53°、43. 59?44. 77°、61. 81? 65. 18° )是否出現(xiàn)衍射峰來鑒定。
【主權(quán)項】
1. 一種表面包覆切削工具，其在由碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立方晶 氮化硼基超高壓燒結(jié)體中的任意一種構(gòu)成的工具基體的表面設(shè)有硬質(zhì)包覆層，所述表面包 覆切削工具的特征在于， 所述硬質(zhì)包覆層至少具有通過化學(xué)蒸鍍法成膜的Ti和A1的復(fù)合碳氮化物層， 所述復(fù)合碳氮化物層具有總計平均層厚為1?10 um的交替層疊結(jié)構(gòu)，所述交替層疊 結(jié)構(gòu)由以組成式：(TihAlJ (CyNh)表示的區(qū)域A層和區(qū)域B層構(gòu)成， 所述區(qū)域A層中，A1在Ti和A1的總量中所占的含有比例X、及C在C和N的總量中所 占的含有比例y分別滿足〇? 70彡x彡0? 80、0. 0005彡y彡0? 005,其中，x、y均為原子比， 并且，若將與所述工具基體的表面平行的面內(nèi)的粒子寬度的平均值設(shè)為平均粒子寬度W、將 與所述工具基體的表面垂直的方向的粒子長度的平均值設(shè)為平均粒子長度L，則所述平均 粒子寬度W為0. 1 ym以下，平均粒子長度L為0. 1 ym以下， 所述區(qū)域B層中，A1在Ti和A1的總量中所占的含有比例X、及C在C和N的總量中所 占的含有比例y分別滿足〇? 85彡x彡0? 95、0. 0005彡y彡0? 005,其中，x、y均為原子比， 并且，若將與所述工具基體的表面平行的面內(nèi)的粒子寬度的平均值設(shè)為平均粒子寬度W、將 與所述工具基體的表面垂直的方向的粒子長度的平均值設(shè)為平均粒子長度L，則所述平均 粒子寬度W為0? 1?2. 0 y m，平均粒子長度L為0? 5?5. 0 y m， 在所述交替層疊結(jié)構(gòu)中，區(qū)域A層和區(qū)域B層交替地至少分別存在1層以上，最上層為 所述區(qū)域A層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 關(guān)于所述區(qū)域A層，使用電子背散射衍射裝置，從上述Ti和A1的復(fù)合碳氮化物層的縱 截面方向分析各個晶粒的晶體取向時，存在觀測到立方晶格的電子背散射衍射圖像的立方 晶相和觀測到六方晶格的電子背散射衍射圖像的六方晶相，立方晶相所占的面積相對于立 方晶相和六方晶相所占的總計面積的比例為50%以上， 關(guān)于所述區(qū)域B層，六方晶相所占的面積相對于所述立方晶相和六方晶相所占的總計 面積的比例為50%以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 關(guān)于所述復(fù)合碳氮化物層，從X射線衍射求出立方晶粒的晶格常數(shù)a，所述立方晶粒的 晶格常數(shù)a相對于立方晶TiN的晶格常數(shù)aTiN和立方晶A1N的晶格常數(shù)aA1N滿足0. 05aTiN+ 0? 95aA1N< a 彡 0? 4a TiN+0. 6aA1N的關(guān)系。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述硬質(zhì)包覆層通過至少含有三甲基鋁作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法成膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 在所述Ti和A1的復(fù)合碳氮化物層上，形成有由選自A1203層、TiN層、TiCN層及TiCNO 層中的一層或兩層以上構(gòu)成的最外層作為所述表面包覆切削工具的最外側(cè)的層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 在所述工具基體的表面與最靠近所述工具基體的所述區(qū)域B層之間形成有由TiN層或 TiCN層構(gòu)成的中間層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 在所述工具基體的表面與最靠近所述工具基體的所述區(qū)域B層之間形成有由TiN層或 TiCN層構(gòu)成的中間層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述復(fù)合碳氮化物層的總計平均層厚在所述硬質(zhì)包覆層的平均層厚中所占的比例為 60%以上100%以下。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 最遠離所述工具基體的所述區(qū)域A層為所述表面包覆切削工具的最外側(cè)的層，最靠近 所述工具基體的所述區(qū)域B層的下表面直接接觸所述工具基體的表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于， 所述區(qū)域A層的總計平均層厚與所述區(qū)域B層的總計平均層厚的比率在1:9至9:1的 范圍。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種包覆工具，其硬質(zhì)包覆層具備優(yōu)異的韌性及熱屏蔽效果，且在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性。本包覆工具所具有的硬質(zhì)包覆層具有總計平均層厚為1～10μm的交替層疊結(jié)構(gòu)，該交替層疊結(jié)構(gòu)由化學(xué)蒸鍍的以組成式：(Ti1-xAlx)(CyN1-y)表示的區(qū)域A層和區(qū)域B層構(gòu)成。區(qū)域A層滿足0.70≤x≤0.80、0.0005≤y≤0.005，平均粒子寬度W為0.1μm以下，且平均粒子長度L為0.1μm以下。區(qū)域B層滿足0.85≤x≤0.95、0.0005≤y≤0.005，平均粒子寬度W為0.1～2.0μm以下，且平均粒子長度L為0.5～5.0μm。交替層疊結(jié)構(gòu)的最上層為區(qū)域A層。
【IPC分類】B23B27-14, C23C16-36
【公開號】CN104582881
【申請?zhí)枴緾N201380044540
【發(fā)明人】龍岡翔, 巖崎直之, 山口健志, 長田晃
【申請人】三菱綜合材料株式會社
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年8月28日
【公告號】EP2891536A1, US20150217378, WO2014034730A1