CN100446901C - 具有压缩应力的强度分布的有涂膜的表面涂敷切削工具 - Google Patents

Abstract

根据本发明的表面涂敷切削工具(1)包括基础材料(2)和在基础材料(2)上形成的涂膜(3)。涂膜(3)作为在基础材料(2)上的最外层并且具有压缩应力。该压缩应力发生变化以使得在涂膜(3)的厚度方向上具有强度分布。强度分布特征在于：在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面向着位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地减低以及压缩应力在第一中间点上达到相对最低点。

Description

具有压缩应力的强度分布的有涂膜的表面涂敷切削工具

技术领域

本发明涉及切削工具如钻头，端铣刀(end mill)，钻头的多刃刀片(throw away tip)，端铣刀的多刃刀片，铣削的多刃刀片，旋削的多刃刀片，金属锯，齿轮切削刀具，扩孔器，和丝锥，和更具体地涉及在其表面(最外层)上形成有用于改进例如耐磨性的特性的涂膜的表面涂敷切削工具。

背景技术

通常，硬金属(WC-Co合金或通过向WC-Co合金中添加Ti(钛)，Ta(钽)，Nb(铌)等的碳氮化物所获得的合金)已经用于切削工具。近年来增大了高速切削的趋势，越来越多地使用硬质合金工具，该硬质合金工具是通过使用CVD(化学蒸汽沉积)或PVD(物理蒸汽沉积)，在基础材料如硬性金属、金属陶瓷或以氧化铝或氮化硅为基础的陶瓷的表面上涂敷3-20μm厚度的由元素周期表中IVa族，Va族和VIa族金属或Al(铝)的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼氮化物和氧化物组成的涂膜来获得的。

尤其，因为由PVD得到的涂层能够改进耐磨性但不损害基础材料的强度，所以它广泛地用于要求强度的切削工具，如钻头，端铣刀，和铣削或旋削用的多刃刀片。

最近，为了进一步改进在切削过程中的效率，已经提高了切削速度。由于这一趋势，在工具中需要更大的耐磨性。然而，如果需要高耐磨性，则韧性会降低。因此，已经要求了高耐磨性和高韧性的同时实现。

为了满足这一需求，已经建议了连续地或以分步方式改变在切削工具的基础材料的表面上形成的涂膜中内应力如压缩应力的方法(日本专利公开No.2001-315006(专利文献1))。该建议在满足对于耐磨性和韧性的同时实现的要求上取得一些效果。

在根据上述建议的切削工具中，涂膜的压缩应力从涂膜的表面侧向着基础材料的表面侧均匀地提高或下降。因此，为了显著地改进韧性，压缩应力应该从基础材料的表面侧向着涂膜的表面侧提高。同时，为了显著地改进耐磨性，压缩应力应该提高从涂膜的表面侧向着基础材料的表面侧提高。

换句话说，如果在涂膜表面上达到最大压缩应力，则韧性是优异的而耐磨性是差的。这是因为向着基础材料的表面，压缩应力均匀地下降(连续地或以逐步方式)。相反，如果在基础材料的表面上达到最大压缩应力，则耐磨性是优异的而韧性是差的。这是因为向着涂膜的表面，压缩应力均匀地下降(连续地或以逐步方式)。

尤其，在涂膜的表面上达到最高压缩应力的切削工具中，由于在形成涂膜之后(在涂层被涂饰之后)或当施加冲击应力时的大的压缩应力，涂膜倾向于自毁。然后，倾向于发生微细的膜剥离(以下，称为膜碎屑化)，它不利地影响切削工具的外观以及在高精度加工中的切削性能。

因为在这一类型的切削工具中韧性和耐磨性两者的同时实现是最基本特性中的一个，同时获得较高水平的这些特性的切削工具是所需求的。

专利文献1：日本专利公开No.2001-315006

发明内容

本发明解决的问题

鉴于如上所述的情况完成了本发明，本发明的目的是提供表面涂敷的切削工具，在切削工具中获得了优异的韧性和耐磨性以及实现了膜层碎屑化的抑制。

解决问题的方式

为了解决上述问题进行研究，结果本发明人想到，如果在基础材料上作为最外层形成的涂膜的表面部分上的压缩应力被增大并且在涂膜内部的压缩应力的强度分布中形成相对最低点，在相对最低点的附近能够抑制应力如冲击等，同时保持表面上的高韧性，并且可以同时改进对于在表面上膜层碎屑化的抑制作用和耐磨性。基于这一概念和深入研究完成了本发明。

具体地说，根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层并且具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布体现特征于：在涂膜的表面上压缩应力将从涂膜的表面向着位于涂膜表面和涂膜底面之间的第一中间点连续地降低并且在第一中间点上压缩应力达到相对最低点。因为在第一中间点上达到相对最低点，在该点处，涂膜的自毁或应力如冲击等得到抑制，因此裂纹向着涂膜的底面的发展可以有效地抑制。因此，第一中间点不是位于涂膜的底面(与其重叠)上，而是如上所述的那样位于涂膜的表面和涂膜的底面之间。

根据本发明的表面涂敷切削工具主要地包括四个实施方案(即如下所述的第一到第四实施方案)，作为强度分布的实施方案(尤其，从第一中间点向着涂膜底面的强度分布)。

根据本发明的第一实施方案的强度分布特征在于在涂膜的表面上达到最高压缩应力以及从第一中间点到涂膜的底面该压缩应力维持恒定值。

这里，压缩应力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范围内的应力。另外，第一中间点可以处在与涂膜表面相距了相当于涂膜厚度的至少0.1％到至多50％的位置上。

在涂膜的第一中间点上的压缩应力可以设定到相当于在涂膜的表面上的压缩应力的20-90％的值。

另外地，在涂膜的第一中间点上的压缩应力可以设定到相当于在涂膜的表面上的压缩应力的40-80％的值。

在涂膜的表面上压缩应力可以达到最大值，该最高压缩应力可以在从涂膜的表面到第一中间点的规定距离上得到维持，和之后压缩应力向着第一中间点可以连续地降低。

根据本发明的第二实施方案的强度分布特征在于：从第一中间点向着涂膜的底面该压缩应力连续地增加。

这里，压缩应力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范围内的应力。另外，第一中间点可以处在与涂膜表面相距了相当于涂膜厚度的至少0.1％到至多50％的位置上。

在涂膜的表面上压缩应力可达到最大值。在涂膜的第一中间点上的压缩应力可以设定到相当于在涂膜的表面上的压缩应力的20-90％的值。

另外地，在涂膜的第一中间点上的压缩应力可以设定到相当于在涂膜的表面上的压缩应力的40-80％的值。

在涂膜的表面上的压缩应力可以在从涂膜的表面到第一中间点的规定距离上得到维持，和之后压缩应力可以向着第一中间点连续地降低。

根据本发明的第三实施方案的强度分布特征在于：压缩应力从第一中间点向着位于第一中间点和涂膜的底面之间的第二中间点连续地增大以及在第二中间点达到相对最高点。

这里，压缩应力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范围内的应力。另外，第一中间点可以处在与涂膜表面相距了相当于涂膜厚度的至少0.1％到至多50％的位置上。第二中间点可以处在与涂膜的表面相距了相当于涂膜厚度的至少0.2％到至多95％的位置上。

在涂膜的表面上压缩应力可达到最大值。另外，在涂膜的第一中间点上的压缩应力可以设定到相当于在涂膜的表面上的压缩应力的20-90％的值。

另外地，在涂膜的第一中间点上的压缩应力可以设定到相当于在涂膜的表面上的压缩应力的40-80％的值。

在涂膜的表面上的压缩应力可以在从涂膜的表面向着第一中间点的规定距离上得到维持，和之后压缩应力可以向着第一中间点连续地降低。

根据本发明的第四实施方案的强度分布特征在于：压缩应力从第一中间点向着位于第一中间点和涂膜的底面之间的第二中间点连续地增大并在第二中间点达到相对最高点，和强度分布在第二中间点和涂膜的底面之间具有一个或多个相似的相对最低点。

另外，强度分布可以在第二中间点和涂膜的底面之间具有一个或多个相似的相对最高点。强度分布可以在第二中间点和涂膜的底面之间具有一个或多个相似的相对最低点和一个或多个相似的相对最高点，以按照这一顺序的交替和重复的方式。

全部的相对最低点可以达到大体上相同的压缩应力并且全部的相对最高点可以达到大体上相同的压缩应力。另外地，全部的相对最低点和全部的相对最高点可具有彼此不同的压缩应力值。

这里，压缩应力可以是在至少-15GPa到至多0GPa范围内的应力。另外，第一中间点可以处在与涂膜表面相距了相当于涂膜厚度的至少0.1％到至多40％的位置上。第二中间点可以处在与涂膜的表面相距了相当于涂膜厚度的至少0.2％到至多80％的位置上。

在涂膜的表面上可以达到最高压缩应力，和在涂膜的第一中间点上的压缩应力可以设定到相当于在涂膜的表面上压缩应力的10-80％的值。

另外地，在涂膜的第一中间点上的压缩应力可以设定到相当于在涂膜的表面上的压缩应力的20-60％的值。

在涂膜的表面上的压缩应力可以在从涂膜的表面向着第一中间点的规定距离上得到维持，和之后压缩应力可以向着第一中间点连续地降低。

本发明的效果

由于如上所述那样进行结构设计，根据本发明的表面涂敷切削工具同时获得了优异的韧性和优异的耐磨性和改进的耐膜层碎屑化的性能。

尤其，从根据如上所述的第一实施方案的强度分布能够看出，在涂膜的表面上达到最高压缩应力，这样能够有效地防止在切削的初始阶段导致的工具等的碎屑化，并且改进切削工具的韧性。另外，在压缩应力的强度分布中的相对最低点是在涂膜内部的接近表面的部分中形成的，以及该部分用于有效地减轻涂膜的自毁或应力如冲击等。因此，耐膜层碎屑化的性能显著改进。此外，该压缩应力从相对最低点到涂膜的底面保持恒定，据此耐磨性显著地改进。

另外，从根据如上所述的第二实施方案的强度分布中可以看出，在涂膜的表面上的压缩应力高于在涂膜内部的压缩应力，这样能够有效地防止在切削的初始阶段导致的工具等的碎屑化，并且改进切削工具的韧性。而且，因为在压缩应力的强度分布中的相对最低点是在涂膜内部的接近表面的部分中形成的，以及该部分用于有效地减轻涂膜的自毁或应力如冲击等。因此，耐膜层碎屑化的性能显著改进，耐磨性也同时得到改进。另外，压缩应力从相对最低点到涂膜的底面增大，据此能够获得更优异的韧性。

此外，从根据如上所述的第三实施方案的强度分布中可以看出，在涂膜的表面上的压缩应力大于在涂膜内部的压缩应力，这样能够有效地防止在切削的初始阶段导致的工具等的碎屑化，并且改进切削工具的韧性。另外，因为在压缩应力的强度分布中的相对最低点是在涂膜内部的接近表面的部分中形成的，并且该部分用于有效地减轻涂膜的自毁或应力如冲击等。因此，耐膜层碎屑化的性能显著改进，耐磨性也同时得到改进。另外，不仅提供相对最低点而且提供相对最高点，使得在相对最高点的附近实现了更优异的韧性。

另外，从根据如上所述的第四实施方案的强度分布中可以看出，在涂膜的表面上的压缩应力大于在涂膜内部的压缩应力，这样能够有效地防止在切削的初始阶段导致的工具等的碎屑化，并且改进切削工具的韧性。另外，因为在压缩应力的强度分布中的相对最低点是在涂膜内部的接近表面的部分中形成的，并且该部分用于有效地减轻涂膜的自毁或应力如冲击等。因此，耐膜层碎屑化的性能显著改进，耐磨性也同时得到改进。另外，不仅提供相对最低点而且提供相对最高点，使得在相对最高点的附近实现了更优异的韧性。此外，形成了多个的此类相对最低点和相对最高点，据此韧性和耐磨性和耐膜层碎屑化的性能进一步得到改进。

如上所述，本发明已经成功地同时实现优异的韧性和优异的耐磨性以及实现在耐膜层碎屑化的性能上的改进，归因于具有如以上所述特征的压缩应力的强度分布。

附图说明

图1是根据本发明的表面涂敷切削工具的示意性横截面视图。

图2是在根据本发明的表面涂敷切削工具的涂膜中一个部分的放大示意性横截面视图。

图3是显示了涂膜的压缩应力的强度分布的第一实施方案的图。

图4是显示了当在涂膜的表面上的最高压缩应力在所规定的距离上维持时，涂膜的压缩应力的强度分布的第一实施方案的图。

图5是具有所形成的中间层的根据本发明的表面涂敷切削工具的示意性横截面视图。

图6是显示了涂膜的压缩应力的强度分布的第二实施方案的图。

图7是显示了当在涂膜的表面上的压缩应力在所规定的距离上得到维持时，涂膜的压缩应力的强度分布的第二实施方案的图。

图8是在根据本发明的表面涂敷切削工具的涂膜中一个部分的另一个放大示意性横截面视图。

图9是显示了涂膜的压缩应力的强度分布的第三实施方案的图。

图10是显示了当在涂膜的表面上的压缩应力在所规定的距离上得到维持时，涂膜的压缩应力的强度分布的第三实施方案的图。

图11是在根据本发明的表面涂敷切削工具的涂膜中一部分的又一个放大示意性横截面视图。

图12是显示了涂膜的压缩应力的强度分布的第四实施方案的图。

图13是显示了当在涂膜的表面上的压缩应力在所规定的距离上得到维持时，涂膜的压缩应力的强度分布的第四实施方案的图。

参考字符的表述

1表面涂敷切削工具；2基础材料；3涂膜；4涂膜的表面；5第一中间点；6涂膜的底面；7箭头；8中间层；9第二中间点；10第三中间点；和11第四中间点。

具体实施方式

下面更详细地描述本发明。实施方案的叙述将参考附图来进行，和具有所规定的相同参考字符的那些代表了相同的或对应的元素。

<表面涂敷切削工具>

如图1中所示，根据本发明的表面涂敷切削工具1包括基础材料2和在基础材料上形成的涂膜3。虽然在图1中涂膜3在形成之后与基础材料2的表面直接接触，但是可以在涂膜3和基础材料2之间形成后面将要描述的任何中间层，条件是涂膜3作为最外层。在本申请中，“在基础材料上形成的涂膜”被认为包括其中形成任何中间层的情况。

根据本发明的此类表面涂敷切削工具能够合适地用作切削工具如钻头，端铣刀，钻头的多刃刀片，端铣刀的多刃刀片，铣削的多刃刀片，旋削的多刃刀片，金属锯，齿轮切削刀具，扩孔器，或丝锥，等等。尤其，它适合用于修饰切削或精密切削以及用于旋削过程中。在这些应用中，表面涂敷切削工具达到优异的韧性和耐磨性。另外，因为表面涂敷切削工具达到优异的耐膜层碎屑化的性能，被切削的材料的加工表面粗糙度得到改进。另外，因为被切削的材料的加工表面上的优异光亮也得到实现，同时有粗加工的处理过程也是允许的。

<基础材料>

通常已知为上述类型的应用的基础材料的任何基础材料可用于根据本发明的表面涂敷切削工具中。例如，优选，使用硬金属(如WC型硬性金属，除WC之外还含Co的材料，或添加了Ti，Ta，Nb或类似物的碳氮化物的材料)，金属陶瓷(主要地由TiC，TiN，TiCN或类似物组成)，高速钢，陶瓷(碳化钛，碳化硅，氮化硅，氮化铝，氧化铝，或类似物)，烧结立方体形氮化硼，或烧结金刚石。

在这些各种基体材料之中，尤其，WC-型硬性金属，金属陶瓷或烧结立方体形氮化硼是优选被选择的。这是因为这些基础材料在高温下的硬度与强度之间的平衡上特别优异，并具有优异的特性可作为上述应用的表面涂敷切削工具的基础材料。

<涂膜>

根据本发明的涂膜是在基础材料上形成的和作为最外层。只要涂膜以这一方式形成，涂膜不必涂敷基础材料的整个表面，和没有形成涂膜的部分或没有满足下面将要描述的压缩应力的强度分布的部分可以包括在基础材料的表面中。应该指出，本发明包括下列情况：其中，当一旦形成涂膜和之后通过一些后处理过程除去涂膜的表面的一部分时，新曝露的层可作为满足本发明的压缩应力的强度分布的涂膜。另外，本发明同样地包括下列情况：其中，当在基础材料和涂膜之间形成中间层(下面将描述)和通过一些后处理过程除去该涂层以及中间层暴露出来同样作为最外层时，在暴露部分中的中间层用作了满足本发明的压缩应力的强度分布的涂膜(如果中间层由多个层形成，则在多个层之中的最外层(作为表面的层)作为本发明所涉及的涂膜)。

形成该涂膜，以便在用于确定所使用的切削刃部分的各种特性如耐磨性，抗氧化能力，工具的韧性，或色彩特性上获得改进。涂膜的组成没有特别限制，和通常已知的组合物都能够采用。例如，示例性组合物包括选自元素周期表的IVa族元素(Ti，Zr，Hf等)，Va族元素(V，Nb，Ta等)，VIa族元素(Cr，Mo，W等)中的至少一种元素，Al(铝)，B(硼)，Si(硅)，和Ge(锗)的碳化物，氮化物，氧化物，碳氮化物，氧碳化物，氧氮化物，或碳化物-氮化物-氧化物，或它们的固溶体。

尤其，示例性的合适组成包括Ti，Al，(Ti_1-xAl_x)，(Al_1-xV_x)，(Ti_1-xSi_x)，(Al_1-xCr_x)，(Ti_1-x-yAl_xSi_y)，或(Al_1-x-yCr_xV_y)(x或y表示不大于1的任何数)(进一步含有B，Cr或类似物的物质也可包括)的氮化物，碳氮化物，氧氮化物或碳化物-氮化物-氧化物。

更优选地，示例性组成包括TiCN，TiN，TiSiN，TiSiCN，TiAlN，TiAlCrN，TiAlSiN，TiAlSiCrN，AlCrN，AlCrCN，AlCrVN，TiBN，TiAlBN，TiSiBN，TiBCN，TiAlBCN，TiSiBCN，AlN，AlCN，AlVN，AlVCN和类似物。在这些组成中，各原子的比率按照如上所述的示例性的通式。

可以假设此类涂膜是作为单一型层而形成的。应当指出，这里的单一型层是指这样的结构，其中，堆积层的数量可设定为一个或多个以及构成该层的元素的类型对于各层是相同的。所以，只要元素的类型是相同的，由不同原子比率的多个层所形成的结构也包括在这里的单一型层中。

在根据本发明的涂膜中，尤其是整体上，元素的类型和原子的比率优选是相同的。然而，如上所述的单一型层被认为包括超多层膜结构，其中一层具有低于0.1μm的厚度和不同类型的元素构成各自层。

<涂膜的厚度>

虽然没有特别限制，根据本发明的涂膜优选具有不小于0.1μm和不大于10μm的厚度。如果厚度低于0.1μm，在一些情况下，由于涂膜的形成所导致的在各种特性上的改进不能充分地获得。同时，如果厚度超过10μm，则涂膜本身可以容易地剥离。

<形成涂膜的方法>

虽然形成根据本发明的涂膜的方法没有特别限制，但是涂膜优选是用物理蒸汽沉积法(PVD)形成的。采用物理蒸汽沉积，可以使涂膜的压缩应力能够容易地变化，以形成强度分布。

即，根据本发明人所进行的研究已经发现，当涂膜用物理蒸汽沉积法形成时，涂膜的压缩应力受到温度，活性气体压力，基底偏电压等的影响，并且尤其是，其中，在形成涂膜时最受基底偏电压影响。

理由被认为是如下。具体地说，例如，当大的基底偏电压施加于基础材料时，构成涂膜的元素是在高能量下以电离状态提供给基础材料。然后，当元素碰撞基础材料时的冲击力变得更大，和因此所形成涂膜的压缩应力变得更大。相反，已经假设，如果基底偏电压是低的，由于在基础材料与在电离状态下的元素之间的碰撞所引起的冲击也是小的，和因此压缩应力也是小的。

所以，当在基础材料上形成涂膜时通过采用物理蒸汽沉积法和通过调节基底偏电压，能够获得在涂膜的厚度方向上涂膜的压缩应力的强度分布。正如下面所详细描述，利用机械冲击或热冲击的调节，或使用热量的退火现象也是可能的。

虽然物理蒸汽沉积优选被采用为形成本发明的涂膜的方法，但是不希望排除已知为形成涂膜的另一种方法的化学蒸汽沉积。

示范性的物理蒸汽沉积方法包括通常已知的方法如溅射或离子电镀法，其中基底偏电压能够调节。特别地，在各种方法之中，离子电镀法或磁控溅射是优选采用的。

离子电镀法指下面方法。具体地说，金属用作阴极和真空室用作阳极。然后，金属蒸发和离子化，和同时负电压(基底偏电压)被施加于基础材料，这样离子被驱出和金属离子沉积在基础材料的表面上。在这一方法中，如果氮供应到真空中和引起与金属反应，则形成了该金属的氮化物。例如，如果钛用作金属和引起与氮反应，则形成钛氮(TiN)。

现有各种类型的离子电镀法，然而，达到高离子比例的原始元素(rawelement)的阴极弧离子电镀法是特别优选采用的。

对于阴极弧离子电镀法的使用，在基础材料的表面上的金属离子轰击方法能够在形成涂膜之前进行。因此，在涂膜的粘合性上的显著改进也能够有效地实现。因此，从粘合性考虑，阴极弧离子电镀法是优选的方法。

同时，磁控溅射指下列方法。具体地说，在真空室达到高真空后，Ar气体被引入和将高电压施加于靶，从而引起辉光放电。然后，该靶用通过辉光放电进行离子化的加速Ar来辐射，然后该靶实施溅射。冲出和已离子化的靶原子通过在靶和基底之间的基底偏电压所加速并沉积在基础材料上，因此形成膜。示例性的磁控溅射方法包括平衡的磁控溅射，失衡的磁控溅射等等。

使用物理蒸汽沉积法控制基底偏电压的方法已经表明是形成涂膜的压缩应力的强度分布的方法，然而，本发明不仅仅限于它。例如，利用机械冲击如在涂膜形成之后的喷砂来施加压缩应力的方法，通过使用热源如加热器、激光或类似物减轻压缩应力的方法，或这些方法的组合方法是可能的。

<涂膜的压缩应力>

根据本发明的涂膜具有压缩应力。优选，压缩应力可以是在不小于-15GPa到不大于0GPa范围内的应力。更优选，压缩应力的下限设定至-10GPa和进一步优选设定至-8GPa，而它的上限更优选设定至-0.5GPa和更优选设定至-1GPa。

如果涂膜的压缩应力低于-15GPa，则特别在切削刃的脊线部分上剥离涂膜，这取决于切削工具的形状(如切削刃有极小夹角(included angle)的工具或具有复杂形状的工具)。同时，如果涂膜的压缩应力高于0GPa，则涂膜的应力进入拉伸状态。然后，在涂膜中引起裂纹，导致工具本身的碎屑化。

在这里使用的压缩应力表示在涂膜中存在的一种类型的内应力(固有的应变)，并且由“-”(负号)数值(单位：GPa)表达。因此，该表达短语“大的压缩应力(内应力)”表示以上数值的绝对值是大的，而表达短语“小的压缩应力(内应力)”表示以上数值的绝对值是小的。

在本发明中的压缩应力是以sin²ψ方法测量的。使用X射线的sin²ψ方法广泛地用作测量在多晶材料中的残余应力的方法。这一测量方法详细地描述在“X-ray Stress Measurement”的第54-66页(The Society of MaterialsScience，Japan，1981，published by Yokendo Co.，Ltd)。在本发明中，最初，X射线的穿透深度是通过将倾度计算法和侧倾度计算法相结合来固定的，以及相对于ψ方向的衍射角2θ的各种角度是在包括所测量的应力的方向与在测量位置上提供的样品表面法线的一个平面中测量的，从而制备2θ-sin²ψ曲线图。达到该深度(从涂膜的表面计算的距离)的平均压缩应力能够以曲线图的梯度为基础来测得。类似地，顺序地测量到达不同深度的平均压缩应力以及将数学方法用于找到在涂膜的厚度方向上压缩应力的强度分布。

更具体地说，在其中来自X射线光源的X射线以规定角度进入样品的一种借助于X射线测量应力的方法中，由样品衍射的X射线是由X射线检测器来检测，和内应力是以检测值为基础来测量的，在样品内部的压缩应力能够按下面方式找出。来自X射线光源的X射线沿着任意设定的角度在样品的任意部分上进入样品的表面。当样品沿着穿过样品的X射线辐射点的并与在样品表面上的入射X射线构成直角的ω轴以及沿着在ω轴与样品载体平行旋转时与入射X射线重合的χ轴发生旋转时，该样品在旋转时要求在样品的表面与入射X射线之间的角度保持恒定，以及在衍射面上的法线与在样品表面上的法线之间的角度ψ发生变化，以测量衍射光束。

这里，从X射线源(如高发光度，高平行性，波长可变性等)的质量考虑，同步辐射(SR)优选用作X射线源来寻找在涂膜厚度方向上的强度分布。

为了从如上所述的2θ-sin²ψ曲线图上找到压缩应力，涂膜的杨氏模量和泊松比是必需的。这里，杨氏模量能够利用动态硬度计或类似设备来测量，以及作为泊松比，使用设定在0.2左右的值。这是因为从一种材料到另一种材料泊松比不会显著变化。在本发明中，压缩应力的强度分布是重要的，而不是特别准确的压缩应力值。因此，在从2θ-sin²ψ图中找到压缩应力时，寻找晶格常数和晶面间距而不是使用杨氏模量的措施能够替代压缩应力的强度分布。

<强度分布>

根据本发明的涂膜的压缩应力发生变化，从而在涂膜厚度方向上具有强度分布。这里，涂膜的厚度方向指从涂膜的表面向着涂膜的底面的方向(因为涂膜作为在基础材料上的最外层，底面指最外层的最接近基础材料的表面)和垂直于涂膜的表面的方向。参考图2给出详细说明，图2显示了图1的涂膜3的一部分的放大横截面视图。这里，在涂膜厚度上的方向是用从涂膜的表面4向着涂膜的底面6的箭头7来显示的。虽然为了方便起见箭头7从涂膜的表面4指向涂膜的底面6，但是，该方向不一定限于从上向下方向，只要该方向垂直于涂膜的表面就行。也就是说，涂膜的厚度方向可以从涂膜的底面6指向涂膜的表面4。

强度分布表示按照在涂膜的厚度方向上形成分布的方式在压缩应力的幅值上的变化。换句话说，在涂膜的厚度方向上压缩应力的强度分布指不是在平行于涂膜的表面的方向上但在垂直于涂膜的表面的方向上压缩应力幅度的变化。

强度分布特征在于在涂膜的表面上达到的压缩应力从涂膜的表面向着位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低以及压缩应力在第一中间点上达到相对最低点。在下文中，详细解释强度分布的第一到第四实施方案。

<强度分布--第一实施方案>

强度分布的第一实施方案特征在于在涂膜的表面上达到最高压缩应力(换句话说，达到最大绝对值的压缩应力)，压缩应力从涂膜的表面向着位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并在第一中间点达到相对最低点，并且在于从第一中间点到涂膜的底面该压缩应力保持恒定值。

这一特性将参考显示了本发明的强度分布的第一实施方案的图2和图3来详细描述。图3是显示强度分布的图，其中横坐标表示在涂膜的厚度方向上与涂膜的表面相距的距离以及纵坐标表示压缩应力。

最初，如图2中所示，第一中间点5位于涂膜的表面4与涂膜的底面6之间。对于在垂直方向上与涂膜的表面4相距的距离，第一中间点5不必一定位于与该表面相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6的距离)的1/2的距离的位置。通常地，第一中间点5更接近于涂膜的表面4，与第一中间点5与涂膜的底面6之间的距离相比。

优选地，第一中间点5位于与涂膜的表面4相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6之间的距离)的至少0.1％到至多50％的距离的位置。更优选，该距离的下限设定至该厚度的0.3％和进一步优选设定至该厚度的0.5％，而该距离的上限适宜地设定到该厚度的40％和进一步优选设定到该厚度的35％。如果将距离设定在低于厚度的0.1％并且当该工具用于高冲击力的粗重切削如中断的切削时，压缩应力的施加是不完全的，膜层碎屑化的抑制的效果没有显示出来。另外，如果将该距离设定大于厚度的50％，则在涂膜内部压缩应力的降低产生的效果会降低以及耐膜层碎屑化的改进不会显示出来。

优选，在涂膜的第一中间点上的压缩应力被设定到在涂膜的表面上的压缩应力的20-90％。更优选，在第一中间点上压缩应力的上限被设定至在表面上压缩应力的85％和更优选设定至在表面上压缩应力的80％，同时它的下限被设定至在表面上压缩应力的30％和更优选设定至它的40％。

如果在涂膜的第一中间点上的压缩应力被设定低于在表面上压缩应力的20％，则无法获得足够的韧性。同时，如果在涂膜的第一中间点上的压缩应力超过在表面上压缩应力的90％，则冲击吸收(应力松弛)不完全，并且膜层碎屑化的抑制效果不会显示出来。

相对最低点是依据一位置(在图3中，与涂膜的表面相距约0.1μm的点)在第一中间点5上观察到的，并且表明，在涂膜的表面上达到最高值的压缩应力(在图3中压缩应力具有大约-5GPa的值)向着涂膜的底面6连续地降低以及降低的程度在相对最低点发生变化。这里，降低程度的变化指在达到相对最低点之后向着涂膜的底面该压缩应力的值开始变得恒定，如图3中所示。因此，在这里相对最低点的意义等同于，或更宽于，作为与在数学中的函数关联使用的术语的相对最低点的意义。

在上述的强度分布中存在一个单独的相对最低点，这基本上不同于专利文献1中以递进的方式的变化。

在图3中，压缩应力仅仅在涂膜的表面上达到最高(即，与涂膜的表面相距0μm的点)，然而，本发明的实施方案不局限于这样的情况，仅仅在与涂膜的表面相距0μm的点达到最高压缩应力。即，如图4中所示，本发明还包括其中跨越从涂膜的表面到涂膜的底面的规定距离范围(优选不大于0.5μm)保持最高压缩应力的情况。换句话说，本发明包括一种实施方案，其中压缩应力在涂膜的表面上达到最高值，跨越从涂膜的表面到第一中间点的规定距离(优选不大于0.5μm)保持该最高压缩应力，和之后压缩应力向着第一中间点连续地降低。

如上所述，当跨越从涂膜的表面到涂膜的底面的规定距离范围来保持在涂膜的表面上的最高压缩应力时，达到了特别优异的韧性，这是优选的。

其中压缩应力从涂膜的表面到第一中间点连续地降低的情况不仅包括其中压缩应力按图3中所示的向下凸出的方式降低的情况而且包括其中压缩应力按向上凸出的方式降低或线性地降低的情况。另外，假如压缩应力从涂膜的表面到第一中间点总体地降低，则在这里的连续降低的情况包括其中压缩应力部分地增加的情况，或其中降低的程度(斜率)在某一中点发生变化，或该变化以分级方式进行(以分级方式降低)的情况。

其中压缩应力值从第一中间点到涂膜的底面保持恒定的情况不仅包括其中压缩应力设定至精确恒定值的情况而且包括其中压缩应力被设定至大体上恒定值的情况。

如上所述，根据本发明的强度分布的第一实施方案，压缩应力在涂膜的表面上达到最高值，以及压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并在第一中间点达到相对最低点。在涂膜的表面上达到最高压缩应力，这样尽可能地抑制在涂膜的表面上的裂纹的发生、在相对最低点的附近防止由于涂膜表面处的大压缩应力造成的涂膜的自毁，并且减轻施加到涂膜表面上的应力如冲击。因此，表现了尤其有效的优异韧性和耐膜层碎屑化的性能。

另外，根据本发明的强度分布的第一实施方案，压缩应力从第一中间点到涂膜的底面维持恒定值，以便抑制涂膜的自毁并提供了极其优异的耐磨性。以这一方式，根据本发明的表面涂敷切削工具在成功地获得韧性，耐磨性和耐膜层碎屑化的性能上取得极其优异的效果。

此类优异效果不能在普通的表面涂敷切削工具(专利文献1)中显示出，后者的特征在于没有相对最低点以及压缩应力从涂膜的表面到涂膜的底面连续地或以分级方式均匀地提高或下降。

<强度分布--第二实施方案>

强度分布的第二实施方案特征在于，在涂膜的表面处的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低，并且压缩应力在第一中间点处达到相对最低点，以及压缩应力从第一中间点到涂膜的底面连续地增大。

这一特性将参考显示了本发明的强度分布的第二实施方案的图2和图6来详细描述。图6是显示强度分布的图，其中横坐标表示在涂膜的厚度方向上与涂膜的表面相距的距离以及纵坐标表示压缩应力。

最初，如图2中所示，第一中间点5位于涂膜的表面4与涂膜的底面6之间。对于在垂直方向上与涂膜的表面4相距的距离，第一中间点5不必一定位于与该表面相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6的距离)的1/2的距离的位置。通常地，第一中间点5更接近于涂膜的表面4，与第一中间点5与涂膜的底面6之间的距离相比。

优选地，第一中间点5位于与涂膜的表面相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6之间的距离)的至少0.1％到至多50％的距离的位置。更优选，该距离的下限设定至该厚度的0.3％和进一步优选设定至该厚度的0.5％，而该距离的上限适宜地设定到该厚度的40％和进一步优选设定到该厚度的35％。如果将距离设定在低于厚度的0.1％并且当该工具用于高冲击力的粗重切削(heavy cutting)如中断的切削(interrupted cutting)时，压缩应力的施加是不完全的，膜层碎屑化的抑制的效果可能显示不出来。此外，如果将该距离设定大于厚度的50％，则在涂膜内部压缩应力的降低的效果会降低以及耐膜层碎屑化的性能的改进不会显示出来。

在该强度分布中，压缩应力可以在涂膜的表面4上达到最高值(换句话说，压缩应力达到最高绝对值)。因此，能够获得特别优异的韧性。同时，压缩应力也可以在涂膜的底面6上达到最高值(换句话说，压缩应力达到最高绝对值)。因此能够获得特别优异的韧性。

优选，在涂膜的第一中间点上的压缩应力被设定到在涂膜的表面处的压缩应力的20-90％。更优选，在第一中间点上压缩应力的上限被设定至在表面上压缩应力的85％和更优选设定至在表面上压缩应力的80％，同时它的下限被设定至在表面上压缩应力的30％和更优选设定至它的40％。

如果在涂膜的第一中间点上的压缩应力被设定低于在表面处压缩应力的20％，则无法获得足够的韧性。同时，如果在涂膜的第一中间点上的压缩应力超过在表面上压缩应力的90％，则冲击吸收(应力松弛)不完全并且对膜层碎屑化的抑制效果不会显示出来。

相对最低点是依据一位置(在图6中，与涂膜的表面相距约0.1μm的点)在第一中间点上观察到的，并且表明，在涂膜的表面上的压缩应力(在图6中具有大约-5GPa的值的压缩应力)向着涂膜的底面6连续地降低，以及降低的程度在相对最低点发生变化。这里，降低程度的变化指在达到相对最低点之后向着涂膜的底面该压缩应力的值开始连续地增大，如图6中所示。

在图6中，相对最低点仅仅在第一中间点上存在，然而，本发明的实施方案不限于它，并且还包括其中相对最低点在涂膜厚度方向上以某种厚度存在的情况。这里，以某种厚度存在的相对最低点指这样的情况：其中在相对最低点上的压缩应力从第一中间点开始跨越该厚度(优选，不大于涂膜厚度的1/2)保持大体上恒定。如上所述，相对最低点以从第一中间点开始的某种厚度存在，这样耐磨性能够进一步改进。

因此，在这里相对最低点的意义等同于，或更宽于，作为与在数学中的函数关联使用的术语的“相对最低点”的意义。

在图6中，压缩应力从涂膜的表面(即，与涂膜的表面相距0μm的点)连续地降低，然而，本发明的实施方案不限于它。即，例如，如图7中所示，本发明还包括其中在涂膜的表面上的压缩应力跨越规定的距离范围(优选不大于0.5μm)向着涂膜的底面得到保持的情况。换句话说，本发明包括其中在涂膜的表面处的压缩应力大于内部的压缩应力的实施方案(换句话说，在表面上压缩应力的绝对值大于在内部的压缩应力的绝对值)，并且压缩应力跨越从涂膜的表面到第一中间点的规定距离(优选不大于0.5μm)得到保持和之后向着第一中间点连续地降低。

如上所述，当跨越从涂膜的表面到涂膜的底面的规定距离范围来保持在涂膜的表面上的压缩应力时，达到了特别优异的韧性，这是优选的。

其中压缩应力从涂膜的表面到第一中间点连续地降低的情况不仅包括其中压缩应力按图6中所示的向下凸出的方式降低的情况而且包括其中压缩应力按向上凸出的方式降低或线性地降低的情况。另外，假如压缩应力从涂膜的表面到第一中间点总体地降低，则在这里的连续降低的情况包括其中压缩应力部分地提高的情况，或其中降低的程度(斜率)在某一中点发生变化，或该变化以分级方式进行(以分级方式降低)的情况。

其中压缩应力从第一中间点到涂膜的底面连续地增大的情况不仅包括其中压缩应力按图6中所示的向下凸出的方式增大的情况而且包括其中压缩应力按向上凸出的方式增大或线性地增大的情况。另外，假如压缩应力从第一中间点到涂膜的底面总体地增大，则在这里的连续增大的情况包括其中压缩应力部分地降低的情况，或其中增大的程度(斜率)在某一中点发生变化，或该变化以分级方式进行(以分级方式增大)的情况。

如上所述，根据本发明的强度分布的第二实施方案，在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面向着位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并且该压缩应力在第一中间点上达到相对最低点。在涂膜的表面上的压缩应力大于在内部的压缩应力，这样尽可能地抑制在涂膜的表面上的裂纹的发生，在相对最低点的附近防止由于涂膜表面处的大压缩应力造成的涂膜的自毁，并且减轻施加到涂膜表面上的应力如冲击。因此，表现了尤其有效的优异韧性和耐膜层碎屑化的性能以及耐磨性。

另外，根据本发明的强度分布的第二实施方案，压缩应力从第一中间点到涂膜的底面连续地增大，这样可以抑制涂膜的自毁并且提供了极其优异的韧性耐磨性。以这一方式，根据本发明的表面涂敷切削工具在成功地获得韧性，耐磨性和耐膜层碎屑化的性能上取得极其优异的效果。

此类优异效果不能在普通的表面涂敷切削工具(专利文献1)中显示出，后者的特征在于没有相对最低点以及压缩应力从涂膜的表面到涂膜的底面连续地或以分级方式均匀地提高或下降。

<强度分布--第三实施方案>

强度分布的第三实施方案特征在于；在涂膜的表面处的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低和该压缩应力在第一中间点上达到相对最低点，以及压缩应力从第一中间点到位于第一中间点与涂膜的底面之间的第二中间点连续地增大并在第二中间点上达到相对最高点。

这一特性将参考显示了本发明的强度分布的第三实施方案的图8和图9来详细描述。图9是显示强度分布的图，其中横坐标表示在涂膜的厚度方向上与涂膜的表面相距的距离以及纵坐标表示压缩应力。

最初，如图8中所示，第一中间点5位于涂膜的表面4与涂膜的底面6之间。对于在垂直方向上与涂膜的表面4相距的距离，第一中间点5不必一定位于与该表面相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6的距离)的1/2的距离的位置。通常地，第一中间点5更接近于涂膜的表面4，与第一中间点5与涂膜的底面6之间的距离相比。

优选地，第一中间点5位于与涂膜的表面4相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6之间的距离)的至少0.1％到至多50％的距离的位置。更优选，该距离的下限设定至该厚度的0.3％和进一步优选设定至该厚度的0.5％，而该距离的上限适宜地设定到该厚度的40％和进一步优选设定到该厚度的35％。如果将距离设定在低于厚度的0.1％并且当该工具用于高冲击力的粗重切削如中断的切削时，压缩应力的施加是不完全的，膜层碎屑化的抑制的效果可能没有显示出来。另外，如果将该距离设定大于厚度的50％，则在涂膜内部压缩应力的降低的效果会降低以及耐膜层碎屑化的性能的改进不会显示出来。

在该强度分布中，压缩应力可以在涂膜的表面4上达到最高值(换句话说，压缩应力达到最大绝对值)。因此，能够获得特别优异的韧性。

优选，在涂膜的第一中间点上的压缩应力被设定到在涂膜的表面上的压缩应力的20-90％。更优选，在第一中间点上压缩应力的上限被设定至在表面上压缩应力的85％和更优选设定至在表面上压缩应力的80％，同时它的下限被设定至在表面上压缩应力的30％和更优选设定至它的40％。

如果在涂膜的表面上的压缩应力被设定低于在第一中间点上压缩应力的20％，则无法获得足够的韧性。同时，如果在涂膜的第一中间点上的压缩应力超过在表面上压缩应力的90％，则冲击吸收(应力松弛)的效果不完全并且膜层碎屑化的抑制效果可能不会显示出来。

相对最低点是依据一位置(在图9中，与涂膜的表面相距约0.1μm的点)在第一中间点上观察到的，并且表明在涂膜的表面上的压缩应力(在图9中具有大约-5GPa的值的压缩应力)向着涂膜的底面6连续地降低，以及降低的程度在相对最低点发生变化。这里，降低程度的变化指在达到相对最低点之后向着第二中间点该压缩应力的值开始连续地增大，如图9中所示。

在图9中，相对最低点仅仅在第一中间点上存在，然而，本发明的实施方案不限于它，并且还包括其中相对最低点在涂膜厚度方向上以某种厚度存在的情况。这里，以某种厚度存在的相对最低点指其中在相对最低点上的压缩应力从第一中间点开始跨越该厚度(优选，不大于涂膜厚度的1/2)保持大体上恒定。如上所述，相对最低点从第一中间点开始以某种厚度存在，这样韧性能够进一步改进。

因此，在这里相对最低点的意义等同于，或更宽于，作为与在数学中的函数关联使用的术语“相对最低点”的意义。

同时，如图8中所示，第二中间点9位于第一中间点5和涂膜的底面6之间，然而，第二中间点9不一定必须位于与第一中间点5相距了相当于在垂直方向上从第一中间点5到涂膜的底面6的距离的1/2的那一距离的一个位置。

优选地，第二中间点9位于与涂膜的表面相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6之间的距离)的至少0.2％到至多95％的距离的位置。更优选，该距离的下限设定至该厚度的0.5％和进一步优选设定至该厚度的1％，而该距离的上限适宜地设定到该厚度的90％和进一步优选设定到该厚度的80％。如果距离被设定至低于厚度的0.2％，则压缩应力的降低是不够的和并且在耐膜层碎屑化和耐磨性的改进不会显示出来。另外，如果该距离被设定至大于厚度的95％，则压缩应力的施加在涂膜内部所带来的效果降低，并且无法显示出韧性改进的效果。

优选，在第二中间点上的压缩应力被设定至在涂膜表面上压缩应力的50-200％。更优选，在第二中间点上压缩应力的上限被设定至在表面上的压缩应力的180％和更优选设定至该压缩应力的150％，同时，它的下限被设定至压缩应力的60％和更优选设定至它的70％。

如果将在第二中间点上的压缩应力设定至低于在第一中间点上的压缩应力的50％，则压缩应力的施加是不足的并且无法获得足够的韧性。同时，如果在第二中间点上的压缩应力超过在表面上的压缩应力的200％，则冲击吸收(应力松弛)过度，抑制膜层碎屑化的效果会下降。

相对最高点是依据一位置(在图9中，与涂膜的表面相距约0.4μm的点)在第二中间点上观察到的，并且表明在第一中间点5上的压缩应力(在图9中具有大约-1.8GPa的值的压缩应力)向着涂膜的底面6连续地增大，以及增大的程度在相对最高点发生变化。这里，增大程度的变化指在达到相对最高点之后向着涂膜的底面6该压缩应力开始连续地降低，如图9中所示。

在图9中，相对最高点仅仅在第二中间点上存在，然而，本发明的实施方案不限于它，并且还包括其中相对最高点在涂膜厚度方向上以某种厚度存在的情况。这里，以某种厚度存在的相对最高点指其中在相对最高点上的压缩应力从第二中间点开始跨越该厚度(优选，不大于涂膜厚度的1/2)保持大体上恒定。如上所述，相对最高点从第二中间点开始以某种厚度存在，这样韧性能够进一步改进。

因此，在这里相对最高点的意义等同于，或更宽于，作为与在数学中的函数关联使用的术语的相对最高点的意义。

虽然图9显示了其中压缩应力从第二中间点到涂膜的底面连续地降低的实施方案，但是，本发明的实施方案不限于它，并且还包括其中压缩应力从第二中间点到涂膜的底面保持恒定(大体上恒定)的情况。当压缩应力从第二中间点到涂膜的底面连续地降低时，获得优异的耐磨性。另一方面，当压缩应力从第二中间点到涂膜的底面保持恒定值时，显示了进一步改进韧性的效果。

在图9中，压缩应力从涂膜的表面连续地降低(即，与涂膜的表面相距0μm的点)，然而，本发明的实施方案不限于它。即，例如，如图10中所示，本发明还包括其中在涂膜的表面上的压缩应力跨越规定的距离范围(优选不大于0.5μm)向着涂膜的底面得到保持的情况。换句话说，本发明包括这样的实施方案，其中在涂膜的表面上的压缩应力大于内部的压缩应力(换句话说，在表面上压缩应力的绝对值大于在内部的压缩应力的绝对值)，并且压缩应力跨越从涂膜的表面到第一中间点的规定距离(优选不大于0.5μm)得到保持和之后向着第一中间点连续地降低。

如上所述，当跨越从涂膜的表面到涂膜的底面的规定距离范围来保持在涂膜的表面上的压缩应力时，达到了特别优异的韧性，这是优选的。

在本申请中压缩应力连续地下降的情况不仅包括其中压缩应力按图9中所示的向上凸出或向下凸出的方式下降的情况而且包括其中压缩应力线性地下降的情况。另外，假如压缩应力总体地下降，则在本申请中的连续下降的情况包括其中压缩应力部分地增大的情况，或其中下降的程度(斜率)在某一中点发生变化，或该变化以分级方式进行(以分级方式下降)的情况。

在本申请中压缩应力连续地增大的情况不仅包括其中压缩应力按图9中所示的向下凸出的方式增大的情况而且包括其中压缩应力向上凸出或线性地增大的情况。另外，假如压缩应力总体地增大，则在本申请中的连续增大的情况包括其中压缩应力部分地下降的情况，或其中增大的程度(斜率)在某一中点发生变化，或该变化以分级方式进行(以分级方式增大)的情况。

如上所述，根据本发明的强度分布的第三实施方案，在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面向着位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并且该压缩应力在第一中间点上达到相对最低点。在涂膜的表面上的压缩应力大于在内部的压缩应力，这样尽可能抑制了涂膜表面上裂纹的发生，并且防止了在相对最低点附近由于涂膜表面处大的压缩应力造成的自毁，另外，减轻了施加到涂膜表面上的应力如冲击力。因此，显示出了优异韧性、耐磨性和耐膜层碎屑化的显著效果。

另外，根据本发明的强度分布的第三实施方案，压缩应力从第一中间点到第二中间点连续地增大并在第二中间点上获得相对最高点，这样提供了更优异的韧性。以这一方式，根据本发明的表面涂敷切削工具在成功地获得韧性，耐磨性和耐膜层碎屑化的性能上取得极其优异的效果。

此类优异效果不能在普通的表面涂敷切削工具(专利文献1)中显示出，后者的特征在于没有相对最低点和也没有相对最高点以及压缩应力从涂膜的表面到涂膜的底面连续地或以分级方式均匀地增大或下降。

<强度分布--第四实施方案>

强度分布的第四实施方案特征在于；在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低和该压缩应力在第一中间点上达到相对最低点，以及压缩应力从第一中间点到位于第一中间点与涂膜的底面之间的第二中间点连续地增大并在第二中间点上达到相对最高点，和强度分布具有在第二中间点和涂膜的底面之间的一个或多个相似的相对最低点。

这里，相似的相对最低点指其中压缩应力在强度分布上显示出一种行为的点，与在表示为第一中间点的相对最低点上的相同，和例如指在压缩应力从第二中间点到涂膜的底面连续地降低之后压缩应力的降低程度发生变化的点。如上所述，在第二中间点和涂膜的底面之间提供一个或多个相对最低点，这样已在涂膜表面上发生的开裂向着涂膜内部的发展能够更有效地抑制，和进一步改进耐膜层碎屑化的性能并表现出优异的耐磨性。

同时，强度分布可以在第二中间点和涂膜的底面之间具有一个或多个相似的相对最高点。

这里，相似的相对最高点指其中压缩应力在强度分布上显示出一种行为的点，与在表示为第二中间点的相对最高点上的相同，和例如指在压缩应力从位于在第二中间点和涂膜的底面之间到涂膜的底面连续地增大之后压缩应力的增大程度发生变化的点。如上所述，在第二中间点和涂膜的底面之间提供一个或多个相对最高点，以便显示出更优异的韧性和进一步改进耐膜层碎屑化的性能。

强度分布可具有一个或多个相似的相对最低点和在第二中间点和涂膜的底面之间的一个或多个相似的相对最高点，按这一顺序以交替和重复的方式。这里，重复的次数和重复的间隔没有特别限制。如果相对最低点(包括在第一中间点的相对最低点)和相对最高点(包括在第二中间点的相对最高点)是以大体上相等的间隔存在，重复的次数能够与涂膜的厚度相关地测定，这样在相对最低点之间的距离和在相对最高点之间的距离是涂膜厚度的0.1％-70％和该距离的上限优选被设定至涂膜厚度的60％和更优选被设定至涂膜厚度的50％，同时该距离的下限优选被设定至厚度的0.15％和更优选被设定至厚度的0.2％。

如果将该距离设定低于厚度的0.1％，则重复的间隔太短无法获得涂膜的稳定的应力状态，这导致膜层碎屑化的易发生性。同时，如果将该距离设定大于厚度的70％，则多个的相对最高点或相对最低点的形成的效果会降低。

如上所述，多个的相对最低点和相对最高点是按这一顺序以交替和重复的方式存在，这样，其中在涂膜表面上发生的开裂的发展能量能够被吸收的点的数量会增加。因此，开裂向着涂膜内部的发展能够更有效地被抑制，进一步改进耐膜层碎屑化的性能，和显示出更优异的耐磨性和韧性。

如上所述的强度分布的各种特性将参考显示了本发明的强度分布的第四实施方案的图11和图12来详细讨论。图12是显示强度分布的图，其中横坐标表示在涂膜的厚度方向上与涂膜的表面相距的距离以及纵坐标表示压缩应力。

最初，如图11中所示，第一中间点5位于涂膜的表面4与涂膜的底面6之间。对于在垂直方向上与涂膜的表面4相距的距离，第一中间点5不必一定位于与该表面相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6的距离)的1/2的距离的位置。通常地，第一中间点5更接近于涂膜的表面4，与第一中间点5与涂膜的底面6之间的距离相比。

优选地，第一中间点5位于与涂膜的表面4相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6之间的距离)的至少0.1％到至多40％的距离的位置。更优选，该距离的下限设定至该厚度的0.3％和进一步优选设定至该厚度的0.5％，而该距离的上限适宜地设定到该厚度的35％和进一步优选设定到该厚度的30％。如果将距离设定在低于厚度的0.1％并且当该工具用于高冲击力的粗重切削如中断的切削时，压缩应力的施加是不完全的，不能得到膜层碎屑化的抑制的效果。另外，如果将该距离设定为大于厚度的40％，则在涂膜内部压缩应力的降低的效果会降低以及耐膜层碎屑化的改进不会显示出来。

在该强度分布中，压缩应力可以在涂膜的表面4处达到最大值(换句话说，压缩应力达到最大绝对值)。因此，能够获得特别优异的韧性。

优选，在涂膜的第一中间点上的压缩应力被设定到在涂膜的表面上的压缩应力的10-80％。更优选，在第一中间点上压缩应力的上限被设定至在表面上压缩应力的70％和更优选设定至在表面上压缩应力的60％，同时它的下限被设定至在表面上压缩应力的15％和更优选设定至它的20％。从涂膜的表面4起第二个或之后的相对最低点优选具有上述范围内的压缩应力。

如果在第一中间点上的压缩应力被设定低于在涂膜的表面上压缩应力的10％，则无法获得足够的韧性。同时，如果在涂膜的第一中间点上的压缩应力超过了在表面的压缩应力的80％，则冲击吸收(应力松弛)是不完全的，和无法显示出膜层碎屑化的抑制的效果。

从涂膜的表面4到涂膜的底面6之间存在多个相对最低点。至于位置，从涂膜表面4侧算起的第一相对最低点是在如上所述的第一中间点上出现，和在第二中间点9和涂膜的底面6之间的任何一个或多个点(例如，在图11中的第三中间点10)观察到相对最低点。这里，该相对最低点指压缩应力在强度分布上显示出以下一种行为的点：在压缩应力向着涂膜的底面6连续地降低之后压缩应力降低的程度会发生变化。这里，降低程度的变化是指：向着涂膜的底面6降低的压缩应力在到达相对最低点之后开始连续地增大。

虽然图11仅仅将第三中间点10显示为表示第二或后面的相对最低点，但是该表示是为了方便起见。第二或后面的相对最低点同样地没有限制。

在图12中，相对最低点作为在涂膜厚度方向上不具有宽度的点而存在，然而，本发明的实施方案不限于它，并且还包括其中相对最低点在涂膜厚度方向上以某种厚度(宽度)存在的情况。这里，以某种厚度存在的相对最低点的情况指其中在相对最低点上的压缩应力跨越该厚度(优选，不大于涂膜厚度的1/2)保持大体上恒定的值。如上所述，相对最低点是以某种厚度存在，这样耐磨性能够进一步改进。

因此，在这里相对最低点的意义等同于，或更宽于，作为与在数学中的函数关联使用的术语的相对最低点的意义。

同时，如图11中所示，第二中间点9位于第一中间点5和涂膜的底面6之间，然而，第二中间点9不一定必须位于与第一中间点5相距了相当于在垂直方向上从第一中间点5到涂膜的底面6之间的距离的1/2的那一距离的一个位置。

优选地，第二中间点9位于与涂膜的表面相距了相当于涂膜厚度(在垂直方向上从涂膜的表面4到涂膜的底面6之间的距离)的至少0.2％到至多80％的距离的位置。更优选，该距离的下限设定至该厚度的0.5％和进一步优选设定至该厚度的1％，而该距离的上限适宜地设定到该厚度的75％和进一步优选设定到该厚度的70％。如果距离被设定至低于厚度的0.2％，则压缩应力的降低是不够的和并且在抑制膜层碎屑化上的改进效果和改进耐磨性的效果不会显示出来。另外，如果该距离被设定至大于厚度的80％，则涂膜内部施加压缩应力产生的效果降低，并且无法显示出优异的韧性。

优选，在第二中间点上的压缩应力被设定至在涂膜表面上压缩应力的50-200％。更优选，在第二中间点上压缩应力的上限被设定至在涂膜表面上压缩应力的180％和更优选设定至在表面上压缩应力的150％，同时它的下限被设定至在表面上压缩应力的60％和更优选设定至它的70％。如果存在两个或多个相对最高点，各相对最高点优选具有在上述范围内的压缩应力。

如果将在第二中间点上的压缩应力设定至低于在涂膜表面上的压缩应力的50％，则压缩应力的施加是不够的并且无法获得足够的韧性。同时，如果在第二中间点上的压缩应力超过在表面上的压缩应力的200％，则压缩应力的施加过度，抑制膜层碎屑化的效果会下降。

从涂膜的表面4到涂膜的底面6存在一个或多个相对最高点。至于位置，从涂膜表面4侧算起的第一相对最高点是在如上所述的第二中间点9上出现。如果存在第二或后面的相对最高点，则在第二中间点9与涂膜的底面6之间的任何一个或多个点上观察到相对最高点(例如，在图11中的第四中间点11)。相对最高点指压缩应力在强度分布上显示出以下一种行为的点：在压缩应力向着涂膜的底面6连续地增大之后压缩应力增大的程度会发生变化。这里，增大程度的变化是指：已经向着涂膜的底面6增大的压缩应力在到达相对最高点之后开始连续地降低。

虽然图11仅仅将第四中间点11显示为表示第二或后面的相对最高点，但是该表示是为了方便起见。第二或后面的相对最高点同样地没有限制。

在图12中，相对最高点作为在涂膜厚度方向上不具有宽度的点而存在，然而，本发明的实施方案不限于它，并且还包括其中相对最高点在涂膜厚度方向上以某种厚度(宽度)存在的情况。这里，以某种厚度存在的相对最高点的情况指其中在相对最高点上的压缩应力跨越该厚度(优选，不大于涂膜厚度的1/2)保持大体上恒定的值。如上所述，相对最高点以某种厚度存在，这样韧性能够进一步改进。

因此，在这里相对最高点的意义等同于，或更宽于，作为与在数学中的函数关联使用的术语的相对最高点的意义。

相对最低点和相对最高点优选按这一顺序以交替和重复的方式在涂膜的表面4与涂膜的底面6之间存在，如图12中所示。另外，优选，该相对最低点和相对最高点是以相等或不相等的间隔存在，并且压缩应力在各相对最低点上或在各相对最高点上是作为大体上相同的值而存在。

在图12中，压缩应力从涂膜的表面连续地降低(即，与涂膜的表面相距0μm的点)，然而，本发明的实施方案不限于它。即，例如，如图13中所示，本发明还包括其中在涂膜的表面上的压缩应力跨越规定的距离范围(优选不大于0.5μm)向着涂膜的底面得到保持的情况。换句话说，本发明包括其中在涂膜的表面上的压缩应力大于内部的压缩应力的实施方案(换句话说，在表面上压缩应力的绝对值大于在内部的压缩应力的绝对值)，并且压缩应力跨越从涂膜的表面到第一中间点的规定距离(优选不大于0.5μm)得到保持和之后向着第一中间点连续地降低。

如上所述，当跨越从涂膜的表面到涂膜的底面的规定距离范围来保持在涂膜的表面上的压缩应力时，达到了特别优异的韧性，这是优选的。

在本申请中压缩应力连续地降低的情况不仅包括其中压缩应力按图12中所示的向下凸出或向上凸出的方式降低的情况而且包括其中压缩应力线性地降低的情况。另外，假如压缩应力总体地降低，则在本申请中的连续降低的情况包括其中压缩应力部分地增大的情况，或其中降低的程度(斜率)在某一中点发生变化，或该变化以分级方式进行(以分级方式降低)的情况。

在本申请中压缩应力连续地增大的情况不仅包括其中压缩应力按图12中所示的向下凸出的方式增大的情况而且包括其中压缩应力向上凸出或线性地增大的情况。另外，假如压缩应力总体地增加，则在本申请中的连续增大的情况包括其中压缩应力部分地降低的情况，或其中增大的程度(斜率)在某一中点发生变化，或该变化以分级方式进行(以分级方式增大)的情况。

可以指出，在如上所述的强度分布中，最接近涂膜的底面6的点可以是相对最低点或相对最高点。因此，在涂膜的底面6上的压缩应力可以处于增大或处于降低的趋势，或另外地，相对最低点或相对最高点可以与底面6重合。

如上所述，根据本发明的强度分布的第四实施方案，在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面向着位于涂膜的表面与涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并且该压缩应力在第一中间点上达到相对最低点。在涂膜的表面上的压缩应力大于在内部的压缩应力，这样尽可能抑制了涂膜表面上裂纹的发生，并且防止了在相对最低点附近由于涂膜表面处大的压缩应力造成的自毁，另外，减轻了施加到涂膜表面上的应力如冲击力。因此，显示出了优异韧性、耐磨性和耐膜层碎屑化的显著效果。

另外，根据本发明的强度分布的第四实施方案，压缩应力从第一中间点到第二中间点连续地增大并在第二中间点上获得相对最高点，这样提供了更优异的韧性。此外，根据本发明的强度分布的第四实施方案，多个的相对最低点和相对最高点是按这一顺序以交替和重复的方式在第二中间点和涂膜的底面之间存在。因此，在涂膜表面上发生的开裂向着涂膜内部的发展能够更有效地被抑制，进一步改进耐膜层碎屑化的性能，和显示出更优异的耐磨性和韧性。

以这一方式，根据本发明的表面涂敷切削工具在成功地获得韧性，耐磨性和耐膜层碎屑化的性能上取得极其优异的效果。

此类优异效果不能在普通的表面涂敷切削工具(专利文献1)中显示出，后者的特征在于没有相对最低点和也没有相对最高点以及压缩应力从涂膜的表面到涂膜的底面连续地或以分级方式均匀地增大或降低。

<其它>

在根据本发明的表面涂敷切削工具中，任意的中间层8可以在基础材料2和涂膜3之间形成，如图5中所示。此类中间层8正常地具有改进耐磨性或改进在基础材料和涂膜之间的粘合性的性能，并且可以通过单个层或多个层来实施。这里，涂膜的底面6作为在涂膜3和中间层8之间的接触表面。

该中间层可以例如由TiN，TiCN，TiSiN，TiAlN，AlCrN，AlVN，TiAlCrN，TiAlSiN，TiAlSiCrN，AlCrVN或类似物组成。在这些组成中，各原子的比率在作为涂膜的组成所例举的通式的实例之后给出。

<实施例>

在下文中，本发明将参考下面的实施例来详细描述，然而，本发明不限于它们。在实施例中涂膜的化合物组成是由XPS(X射线光电子光谱分析器)证实的。另外，用如上所述的sin²ψ方法测量压缩应力和厚度(或与涂膜的表面相距的距离)。

在使用sin²ψ方法的测量中，所使用的X射线的能力被设定至10keV，和衍射峰设定至Ti_0.5Al_0.5N的(实施例1-6，实施例11-16，实施例21-26，和实施例31-36)，Al_0.7Cr_0.3N的(实施例7-10)，Al_0.6Ti_0.35Cr_0.05N的(实施例17-20)，Al_0.6Ti_0.3Si_0.1N的(实施例27-30)，和Al_0.6Ti_0.2Si_0.1Cr_0.1N(实施例37-40)的(200)平面。然后，通过高斯函数的拟合测定所测量的衍射峰位置，和求出2θ-sin²ψ图的斜率。另外，通过使用动态硬度计所测得的值(由MTS Systems Corporation制造的Nanoindenter)被采用为杨氏模量，和TiN(0.19)的值被采用为泊松比。如此设定应力值。

下面的涂膜是通过使用阴极弧离子电镀法形成的，然而，膜也可以通过使用平衡或失衡溅射来形成。另外，虽然下面形成了特定组成的涂膜，但是从不同组成的涂膜同样地能够得到相似的效果。

<实施例1-6>

<表面涂敷切削工具的制造>

最初，作为表面涂敷切削工具的基础材料，制备了具有下表1中所示的材料和工具形状(根据评价下面所要描述的各特性的方法的不同而不同)的用于切削的多刃刀片，以及多刃刀片(基础材料)安装于阴极弧离子电镀装置上。

表1

接连地，在该装置的腔内的压力通过真空泵降低，和基础材料的温度利用在装置中提供的加热器被加热至450℃。腔被抽空，直到在腔内的压力达到1.0×10^-4Pa为止。

其后，将氩气引入和在腔内的压力保持在3.0Pa。基础材料的基底偏电源的电压逐渐地提高至-1500V，和基础材料的表面的清洗进行15分钟。其后，氩气消耗尽。

然后，设定作为金属蒸发源的由合金组成的靶，以使Ti_0.5Al_0.5N形成至3μm的厚度，当在基础材料上的涂膜与其直接接触时。将作为活性气体的氮气引入，基础材料(基底)的温度设定至450℃，活性气体压力设定至4.0Pa，和基底偏电压按照在下表2中所示来变化。以这一方式，100A的弧光电流供应给阴极和金属离子从电弧型蒸发源产生，据此制造了具有在表3中所示的压缩应力的强度分布的实施例1-6的根据本发明的表面涂敷切削工具。

表2

在以上表2中的时间显示了自从金属离子从由合金组成的靶中的蒸发开始之后的消逝时间。另外，在各表框中电压的数值显示了在如上所述的消逝时间过程中的基底偏电压组。例如，如果给出了单个数值如“-50V”，这表明在消逝时间中基底偏电压是恒定的。这里，涂膜的压缩应力同样地维持恒定值。同时，如果给出范围如“-50V到-150V”，这表明在消逝时间中基底偏电压以恒定速度逐渐从-50V增大至-150V。这里，涂膜的压缩应力逐渐地增大，和在电压开始升高的点上形成了压缩应力的相对最低点。

基底偏电压相对于消逝时间发生变化或设定到恒定值，这样，压缩应力保持恒定值的相对最低点或区段能够在涂膜中的压缩应力的强度分布中形成。

表3

No.	表面处压缩应力	第一中间点	相对最低点
				实施例1	-5.0GPa	43.3％(1.3μm)	-1.8GPa
实施例2	-5.1GPa	43.3％(1.3μm)	-3.0GPa
				实施例3	-5.0GPa	43.3％(1.3μm)	-4.0GPa
实施例4	-4.9GPa	16.7％(0.5μm)	-3.0GPa
				实施例5	-5.2GPa	3.3％(0.1μm)	-3.2GPa
实施例6	-5.0GPa	1.0％(0.03μm)	-2.9GPa

应当指出，在以上表3中在表面上压缩应力的表框中的数值给出了在涂膜的表面上所显示出的最高压缩应力。另外，在第一中间点的表框中的数值显示了在涂膜厚度方向上从涂膜的表面到到第一中间点之间的距离(以“％”显示的数值是相对于涂膜厚度的值，附带有“μm”的指示)。另外，在相对最低点的表框中的数值显示了在该相对最低点下的压缩应力。这一压缩应力向着涂膜的底面保持恒定。

在实施例1至6中根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层和具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布特征在于：在涂膜的表面上达到最高压缩应力，和该压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并在第一中间点上达到相对最低点，和该压缩应力从第一中间点到涂膜的底面保持恒定值。也就是说，这一强度分布显示了根据如上所述的第一实施方案的强度分布。

为了对比目的，按类似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下条件除外：在金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后，基底偏电压从-20V到-150V均匀升高60分钟(对比实施例1)。

在根据对比实施例1的表面涂敷切削工具中，涂膜的压缩应力的强度分布没有相对最低点以及压缩应力从涂膜的底面到涂膜的表面均匀地增大。

<实施例7到10>

<表面涂敷切削工具的制造>

最初，与用于实施例1到6中的基础材料相同的基础材料用作表面涂敷切削工具的基础材料，和这一基础材料附装于阴极弧离子电镀装置中。

接连地，在该装置的腔内的压力通过真空泵降低，和基础材料的温度利用在装置中提供的加热器被加热至450℃。腔被抽空，直到在腔内的压力达到1.0×10^-4Pa为止。

其后，将氩气引入并将在腔内的压力保持在3.0Pa。基础材料的基底偏电源的电压逐渐地提高至-1500V，和基础材料的表面的清洗进行15分钟。其后，氩气消耗尽。

然后，设定作为金属蒸发源的由合金组成的靶，以使Al_0.7Cr_0.3N形成至3μm的厚度，当在基础材料上形成的涂膜与其接触时。将作为活性气体的氮气引入，基础材料(基底)的温度设定至450℃，活性气体压力设定至4.0Pa，和基底偏电压按照在下表4中所示来变化。以这一方式，100A的弧光电流供应给阴极和金属离子从电弧型蒸发源产生，据此制造了具有在表5中所示的压缩应力的强度分布的实施例7-10的根据本发明的表面涂敷切削工具。

表4

与表2中一样，在以上表4中的时间显示了自从金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后的消逝时间。另外，与在表2中一样，在各表框中电压的数值显示了在如上所述的消逝时间中对应的基底偏电压组。

表5

No.	表面处压缩应力	第一中间点	相对最低点
				实施例7	-8.2GPa	3.3％(0.1μm)	-1.8GPa
实施例8	-6.0GPa	3.3％(0.1μm)	-2.0GPa
				实施例9	-4.1GPa	3.3％(0.1μm)	-2.1GPa
实施例10	-3.3GPa	3.3％(0.1μm)	-2.2GPa

应当指出，与在表3中一样，在以上表5中在表面上压缩应力的表框中的数值给出了在涂膜的表面上所显示出的最高压缩应力。另外，与在表3中一样，在第一中间点的表框中的数值也显示了在涂膜厚度方向上从涂膜的表面到第一中间点之间的距离(以“％”显示的数值是相对于涂膜厚度的值，附带有“μm”的指示)。另外，与在表3中一样，在相对最低点的表框中的数值也显示了在该点上的压缩应力。这一压缩应力向着涂膜的底面保持恒定值。

在实施例7至10中根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层和具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布特征在于：在涂膜的表面上达到最高压缩应力，和该压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并在第一中间点上达到相对最低点，和该压缩应力从第一中间点到涂膜的底面保持恒定值。也就是说，这一强度分布显示了根据如上所述的第一实施方案的强度分布。

为了对比目的，按类似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下条件除外：在金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后，基底偏电压花费60分钟从-20V到-200V均匀地增大(对比实施例2)。

在根据对比实施例2的表面涂敷切削工具中，涂膜的压缩应力的强度分布不具有相对最低点以及压缩应力从涂膜的底面到涂膜的表面均匀地增大。

<表面涂敷切削工具的耐磨性的评价>

按以上所述方法制造的根据实施例1到10和对比实施例1和2的表面涂敷切削工具中的每一种在以上表1中所示的条件下进行连续的切削试验和湿中断的切削试验。然后，在切削刃上的侧面磨损宽度超过0.2mm的时间是作为切削时间来测量的。

表6和7显示了，作为表面涂敷切削工具的耐磨性的评价结果，如上所述方法测量的切削时间。随着切削时间变得更长，耐磨性是优异的。另外，在连续切削试验中，还观察在所要切削的材料的加工表面上的光亮度。表6和7同样地显示了观察结果。这里，“光亮的”表示所要切削的材料的加工表面具有光亮度，而“昏暗”表示所要切削的材料的加工表面不具有光亮度而是昏暗的。

从表6和7中能够清楚地看出，在连续的切削试验和中断的切削试验两者中，与在对比实施例1和2中的表面涂敷切削工具相比，已经证实，在实施例1-10中的根据本发明的表面涂敷切削工具获得了进一步改进的耐磨性，在最终表面上的光亮度和进一步改进的寿命。

<在表面涂敷切削工具的韧性的评价>

按以上所述方法制造的根据实施例1到10和对比实施例1和2的表面涂敷切削工具中的每一种接受用于评价在以下所示条件下韧性的一种试验。

对于切削的条件，具体地说，如以上表1中所示，S50C材料中包括50个通孔的块材(300mm长乘150mm宽)用作被切削的材料。干磨削试验在下面条件下进行：切削速度设定至180m/min，进给速率设定为从0.10mm/切削刃增加0.05mm/切削刃，切削深度(cutting)设定为0.5mm，对于每300mm的切削长度增大进给速率。

表6和7显示了在各表面涂敷切削工具的韧性评价的结果。随着最大进给速率更大，韧性优异。

从表6和7中能够清楚地看出，与在对比实施例1和2中的表面涂敷切削工具相比，已经证实在实施例1-10中的根据本发明的表面涂敷切削工具获得了改进的韧性。

表6

表7

<实施例11到16>

<表面涂敷切削工具的制造>

最初，作为表面涂敷切削工具的基础材料，制备了具有以上表1中所示的材料和工具形状(根据评价下面所要描述的各特性的方法的不同而不同)的用于切削的多刃刀片，以及多刃刀片(基础材料)安装于阴极弧离子电镀装置上。

接连地，在该装置的腔内的压力通过真空泵降低，和基础材料的温度利用在装置中提供的加热器被加热至450℃。腔被抽空，直到在腔内的压力达到1.0×10^-4Pa为止。

其后，将氩气引入并且将在腔内的压力保持在3.0Pa。基础材料的基底偏电源的电压逐渐地提高至-1500V，和基础材料的表面的清洗进行15分钟。其后，氩气消耗尽。

然后，设定作为金属蒸发源的由合金组成的靶，以使Ti_0.5Al_0.5N形成至3μm的厚度，当在基础材料上形成的涂膜与其直接接触时。将作为活性气体的氮气引入，基础材料(基底)的温度设定至450℃，活性气体压力设定至4.0Pa，和基底偏电压按照在下表8中所示来变化。以这一方式，100A的弧光电流供应给阴极和金属离子从电弧型蒸发源产生，据此制造了具有在以下表9中所示的压缩应力的强度分布的实施例11-16的根据本发明的表面涂敷切削工具。

表8

在以上表8中的时间显示了自从金属离子从由合金组成的靶中的蒸发开始之后的消逝时间。另外，在各表框中电压的数值显示了在如上所述的消逝时间过程中的基底偏电压组。例如，如果给出范围如“-130V到-50V”，这表明在消逝时间期间基底偏电压以恒定速度逐渐从-130V降低至-50V。这里，涂膜的压缩应力逐渐地降低。同时，如果给出范围如“-50V到-160V”，这表明在消逝时间期间基底偏电压以恒定速度逐渐从-50V升高至-160V。这里，涂膜的压缩应力逐渐地升高，并且在电压开始升高的点上形成了压缩应力的相对最低点。

基底偏电压相对于消逝时间发生变化，这样能够形成在涂膜中压缩应力的强度分布中的相对最低点或连续增减。

表9

No.	表面处压缩应力	第一中间点	相对最低点	在底面上的压缩应力
					实施例11	-5.5GPa	33.3％(1.0μm)	-2.0GPa	-4.6GPa
实施例12	-5.6GPa	33.3％(1.0μm)	-3.1GPa	-4.5GPa
					实施例13	-5.4GPa	36.7％(1.1μm)	-4.0GPa	-4.4GPa
实施例14	-5.5GPa	16.7％(0.5μm)	-3.0GPa	-4.5GPa
					实施例15	-5.6GPa	3.3％(0.1μm)	-3.1GPa	-4.5GPa
实施例16	-5.5GPa	1.7％(0.05μm)	-2.9GPa	-4.6GPa

应当指出，在以上表9中的在表面上压缩应力的表框中和在底面上压缩应力的表框中的数值给出了分别在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所显示出的压缩应力。另外，在第一中间点的表框中的数值显示了在涂膜厚度方向上从涂膜的表面到到第一中间点之间的距离(以“％”显示的数值是相对于涂膜厚度的值，附带有“μm”的指示)。另外，在相对最低点的表框中的数值显示了在该相对最低点下的压缩应力。

在实施例11至16中根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层并且具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布特征在于：在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低以及压缩应力在第一中间点达到相对最低点，并且压缩应力从第一中间点到涂膜的底面连续地增大。也就是说，这一强度分布显示了根据如上所述的第二实施方案的强度分布。

为了对比目的，按类似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下条件除外：在金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后，基底偏电压花费60分钟从-20V升高到-150V(对比实施例3)。

在根据对比实施例3的表面涂敷切削工具中，涂膜的压缩应力的强度分布没有相对最低点并且压缩应力从涂膜的底面到涂膜的表面均匀地增大。

<实施例17到20>

<表面涂敷切削工具的制造>

最初，与用于实施例11到16中的基础材料相同的基础材料用作表面涂敷切削工具的基础材料，和这一基础材料附装于阴极弧离子电镀装置中。

接连地，在该装置的腔内的压力通过真空泵降低，和基础材料的温度利用在装置中提供的加热器被加热至450℃。腔被抽空，直到在腔内的压力达到1.0×10^-4Pa为止。

其后，将氩气引入和在腔内的压力保持在3.0Pa。基础材料的基底偏电源的电压逐渐地提高至-1500V，和基础材料的表面的清洗进行15分钟。其后，氩气消耗尽。

然后，设定作为金属蒸发源的由合金组成的靶，以使Al_0.6Ti_0.35Cr_0.15N形成至3μm的厚度，当在基础材料上形成的涂膜与其直接接触时。将作为活性气体的氮气引入，基础材料(基底)的温度设定至450℃，活性气体压力设定至4.0Pa，和基底偏电压按照在下表10中所示来变化。以这一方式，100A的弧光电流供应给阴极和金属离子从电弧型蒸发源产生，据此制造了具有在以下表11中所示的压缩应力的强度分布的实施例17-20的根据本发明的表面涂敷切削工具。

表10

与表8中一样，在以上表10中的时间显示了自从金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后的消逝时间。另外，与在表8中一样，在各表框中电压的数值显示了在如上所述的消逝时间期间的基底偏电压组。

表11

No.	表面处压缩应力	第一中间点	相对最低点	在底面上的压缩应力
					实施例17	-8.0GPa	3.3％(0.1μm)	-3.0GPa	-4.5GPa
实施例18	-6.8GPa	3.3％(0.1μm)	-3.1GPa	-4.3GPa
					实施例19	-4.6GPa	3.3％(0.1μm)	-3.2GPa	-4.4GPa
实施例20	-3.5GPa	3.3％(0.1μm)	-3.0GPa	-4.3GPa

应当指出，与在表9中一样，在以上表11中的在表面上压缩应力的表框中和在底面上压缩应力的表框中的数值给出了分别在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所显示出的压缩应力。另外，与在表9中一样，在第一中间点的表框中的数值也显示了在涂膜厚度方向上从涂膜的表面到第一中间点之间的距离(以“％”显示的数值是相对于涂膜厚度的值，附带有“μm”的标记)。另外，与在表9中一样，在相对最低点的表框中的数值也显示了在该点上的压缩应力。

在实施例17至20中根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层并且具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布特征在于：在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并且压缩应力在第一中间点达到相对最低点，和压缩应力从第一中间点到涂膜的底面连续地增大。也就是说，这一强度分布显示了根据如上所述的第二实施方案的强度分布。

为了对比目的，按类似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下条件除外：在金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后，基底偏电压在-75V下保持60分钟(对比实施例4)。

在根据对比实施例4的表面涂敷切削工具中，不具有涂膜的压缩应力的强度分布并且压缩应力从涂膜的底面到涂膜的表面是恒定的。

<表面涂敷切削工具的耐磨性的评价>

按以上所述方法制造的根据实施例11到20和对比实施例3和4的表面涂敷切削工具中的每一种在以上表1中所示的条件下进行连续的切削试验和湿中断的切削试验。然后，在切削刃上的侧面磨损宽度超过0.2mm的时间是作为切削时间来测量的。

表12和13显示了，作为表面涂敷切削工具的耐磨性的评价结果，如上所述方法测量的切削时间。随着切削时间变得更长，耐磨性是优异的。另外，在连续切削试验中，还观察在所要切削的材料的加工表面上的光亮度。表12和13同样地给出了观察结果。这里，“光亮的”表示所要切削的材料的加工表面具有光亮度，而“昏暗”表示所要切削的材料的加工表面不具有光亮度而是昏暗的。

从表12和13中能够清楚地看出，在连续的切削试验和中断的切削试验两者中，与在对比实施例3和4中的表面涂敷切削工具相比，已经证实，在实施例11-20中的根据本发明的表面涂敷切削工具获得了进一步改进的耐磨性，具有在加工表面上的光亮度，获得了优异的耐膜层碎屑化的性能和进一步改进的寿命。

<在表面涂敷切削工具的韧性的评价>

按以上所述方法制造的根据实施例11到20和对比实施例3和4的表面涂敷切削工具中的每一种接受用于评价在以下所示条件下的韧性的一种试验。

对于切削的条件，具体地说，如以上表1中所示，S50C材料中包括50个通孔的块材(300mm长乘150mm宽)用作被切削的材料。干磨削试验在下面条件下进行：切削速度设定至180m/min，切削深度(cutting)设定为2.0mm，进给速率设定为从0.10mm/切削刃增加0.05mm/切削刃(对于每300mm的切削长度)。

表12和13显示了在各表面涂敷切削工具的韧性评价的结果。随着最大进给速率更大，韧性优异。

从表12和13中能够清楚地看出，与在对比实施例3和4中的表面涂敷切削工具相比，已经证实在实施例11-20中的根据本发明的表面涂敷切削工具获得了改进的韧性。

表12

表13

<实施例21至26>

<表面涂敷切削工具的制造>

最初，作为表面涂敷切削工具的基础材料，制备了具有以上表1中所示的材料和工具形状(根据评价下面所要描述的各特性的方法的不同而不同)的用于切削的多刃刀片，以及多刃刀片(基础材料)安装于阴极弧离子电镀装置上。

接连地，在该装置的腔内的压力通过真空泵降低，和基础材料的温度利用在装置中提供的加热器被加热至450℃。腔被抽空，直到在腔内的压力达到1.0×10^-4Pa为止。

其后，将氩气引入和在腔内的压力保持在3.0Pa。基础材料的基底偏电源的电压逐渐地提高至-1500V，和基础材料的表面的清洗进行15分钟。其后，氩气消耗尽。

然后，设定作为金属蒸发源的由合金组成的靶，以使Ti_0.5Al_0.5N形成至3μm的厚度，当在基础材料上形成的涂膜与其直接接触时。将作为活性气体的氮气引入，基础材料(基底)的温度设定至450℃，活性气体压力设定至4.0Pa，和基底偏电压按照在下表14中所示来变化。以这一方式，100A的弧光电流供应给阴极和金属离子从电弧型蒸发源产生，据此制造了具有在以下表15中所示的压缩应力的强度分布的实施例21-26的根据本发明的表面涂敷切削工具。

表14

在以上表14中的时间显示了自从金属离子从由合金组成的靶中的蒸发开始之后的消逝时间。另外，在各表框中电压的数值显示了在如上所述的消逝时间过程中的基底偏电压组。例如，如果给出范围如“-30V到-130V”，这表明在消逝时间中基底偏电压以恒定速度逐渐从-30V增大至-130V。这里，涂膜的压缩应力逐渐地增大。同时，如果给出范围如“-130V到-50V”，这表明在消逝时间中基底偏电压以恒定速度逐渐从-130V降低至-50V。这里，涂膜的压缩应力逐渐地降低。分别在电压的提高转变成下降的点上以及在电压的下降转变成提高的点上形成了压缩应力的相对最高点和相对最低点。

基底偏电压相对于消逝时间发生变化，这样能够形成在涂膜中压缩应力的强度分布中的相对最高点和相对最低点或连续提高或下降。

表15

No.	表面处压缩应力	第一中间点	相对最低点	第二中间点	相对最高点	在底面上的压缩应力
							实施例21	-5.4GPa	36.7％(1.1μm)	-2.1GPa	50.0％(1.5μm)	-4.5GPa	-0.9GPa
实施例22	-5.6GPa	33.3％(1.0μm)	-3.0GPa	50.0％(1.5μm)	-4.6GPa	-1.0GPa
							实施例23	-5.5GPa	33.3％(1.0μm)	-4.1GPa	53.3％(1.6μm)	-4.5GPa	-1.0GPa
实施例24	-5.5GPa	16.7％(0.5μm)	-3.0GPa	50.0％(1.5μm)	-4.4GPa	-1.1GPa
							实施例25	-5.6GPa	3.3％(0.1μm)	-3.0GPa	46.7％(1.4μm)	-4.5GPa	-1.0GPa
实施例26	-5.5GPa	1.7％(0.05μm)	-3.1GPa	50.0％(1.5μm)	-4.5GPa	-0.9GPa

应当指出，在以上表15中的在表面上压缩应力的表框中和在底面上压缩应力的表框中的数值给出了分别在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所显示出的压缩应力。另外，在第一中间点的表框中的数值和在第二中间点的表框中的数值显示了在涂膜厚度方向上从涂膜的表面分别到第一中间点和到第二中间点之间的距离(以“％”显示的数值是相对于涂膜厚度的值，附带有“μm”的指示)。另外，在相对最低点的表框中和在相对最高点的表框中的数值显示了分别在相对最低点和相对最高点下的压缩应力。

在实施例21至26中根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层和具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布特征在于：在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并且压缩应力在第一中间点达到相对最低点，以及压缩应力从第一中间点到位于第一中间点和涂膜的底面之间的第二中间点连续地增大，在第二中间点上达到相对最高点，和从第二中间点到涂膜的底面连续地降低。也就是说，这一强度分布显示了根据如上所述的第三实施方案的强度分布。

为了对比目的，按类似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下条件除外：在金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后，基底偏电压花费60分钟从-20V升到-150V(对比实施例5)。

在根据对比实施例5的表面涂敷切削工具中，涂膜的压缩应力的强度分布不具有相对最低点也不具有相对最高点，并且压缩应力从涂膜的底面到涂膜的表面均匀地增大。

<实施例27至30>

<表面涂敷切削工具的制造>

最初，与用于实施例21到26中的基础材料相同的基础材料用作表面涂敷切削工具的基础材料，和这一基础材料附装于阴极弧离子电镀装置中。

接连地，在该装置的腔内的压力通过真空泵降低，和基础材料的温度利用在装置中提供的加热器被加热至450℃。腔被抽空，直到在腔内的压力达到1.0×10^-4Pa为止。

其后，将氩气引入和在腔内的压力保持在3.0Pa。基础材料的基底偏电源的电压逐渐地提高至-1500V，和基础材料的表面的清洗进行15分钟。其后，氩气消耗尽。

然后，设定作为金属蒸发源的由合金组成的靶，以使Al_0.6Ti_0.3Si_0.1N形成至3μm的厚度，当在基础材料上形成的涂膜与其直接接触时。将作为活性气体的氮气引入，基础材料(基底)的温度设定至450℃，活性气体压力设定至4.0Pa，和基底偏电压按照在下表16中所示来变化。以这一方式，100A的弧光电流供应给阴极和金属离子从电弧型蒸发源产生，据此制造了具有在以下表17中所示的压缩应力的强度分布的实施例27-30的根据本发明的表面涂敷切削工具。

表16

与表14中一样，在以上表16中的时间显示了自从金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后的消逝时间。另外，与在表14中一样，在各表框中电压的数值显示了在如上所述的消逝时间期间的基底偏电压组。

表17

No.	表面处压缩应力	第一中间点	相对最低点	第二中间点	相对最高点	在底面处的压缩应力
							实施例27	-5.5GPa	3.3％(0.1μm)	-3.1GPa	50.0％(1.5μm)	-4.0GPa	-1.0GPa
实施例28	-5.5GPa	3.3％(0.1μm)	-3.0GPa	46.7％(1.4μm)	-5.5GPa	-1.0GPa
							实施例29	-5.4GPa	3.3％(0.1μm)	-3.0GPa	50.0％(1.5μm)	-6.5GPa	-0.9GPa
实施例30	-5.6GPa	3.3％(0.1μm)	-3.2GPa	53.3％(1.6μm)	-8.0GPa	-1.0GPa

应当指出，与在表15中一样，在以上表17中的在表面上压缩应力的表框中和在底面上压缩应力的表框中的数值给出了分别在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所显示出的压缩应力。另外，与在表15中一样，在第一中间点的表框中的数值和在第二中间点的表框中的数值也显示了在涂膜厚度方向上从涂膜的表面到各中间点之间的距离(以“％”显示的数值是相对于涂膜厚度的值，附带有“μm”的指示)。另外，与在表15中一样，在相对最低点的表框中和在相对最高点的表框中的数值也显示了分别在这些点上的压缩应力。

在实施例27至30中根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层和具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布特征在于：在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并且压缩应力在第一中间点达到相对最低点，以及压缩应力从第一中间点到位于第一中间点和涂膜的底面之间的第二中间点连续地增大，在第二中间点上达到相对最高点，和从第二中间点到涂膜的底面连续地增大。也就是说，这一强度分布显示了根据如上所述的第三实施方案的强度分布。

为了对比目的，按类似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下条件除外：在金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后，基底偏电压在-70V下保持60分钟(对比实施例6)。

在根据对比实施例6的表面涂敷切削工具中，不具有涂膜的压缩应力的强度分布，以及该压缩应力从涂膜的底面到涂膜的表面保持恒定。

<表面涂敷切削工具的耐磨性的评价>

按以上所述方法制造的根据实施例21到30和对比实施例5和6的表面涂敷切削工具中的每一种接受在以上表1中所示的条件下的湿(水溶性的乳液)连续式切削试验和湿中断式切削试验。然后，在切削刃上的侧面磨损宽度超过0.20mm的时间是作为切削时间来测量的。

表18和19显示了，作为表面涂敷切削工具的耐磨性的评价结果，如上所述方法测量的切削时间。随着切削时间变得更长，耐磨性是优异的。另外，在连续切削试验中，还观察在所要切削的材料的加工表面上的光亮度。表18和19同样地给出了观察结果。这里，“光亮的”表示所要切削的材料的加工表面具有光亮度，而“昏暗”表示所要切削的材料的加工表面不具有光亮度而是昏暗的。

从表18和19中能够清楚地看出，在连续的切削试验和中断的切削试验两者中，与在对比实施例5和6中的表面涂敷切削工具相比，已经证实，在实施例21-30中的根据本发明的表面涂敷切削工具获得了进一步改进的耐磨性，具有在加工表面上的光亮度，获得了优异的耐膜层碎屑化的性能，和进一步改进的寿命。

<表面涂敷切削工具的韧性的评价>

按以上所述方法制造的根据实施例21到30和对比实施例5和6的表面涂敷切削工具中的每一种接受用于评价在以下所示条件下的韧性的-种试验。

对于切削的条件，具体地说，如以上表1中所示，S50C材料中包括50个通孔的块材(300mm长乘150mm宽)用作被切削的材料。干磨削试验在下面条件下进行：切削速度设定至180m/min，切削深度(cutting)设定为2.0mm，进给速率设定为从0.10mm/切削刃增加0.05mm/切削刃(对于每300mm的切削长度)。

表18和19显示了在各表面涂敷切削工具的韧性评价的结果。由于最大进给速率更大，韧性优异。

从表18和19中能够清楚地看出，与在对比实施例5和6中的表面涂敷切削工具相比，已经证实在实施例21-30中的根据本发明的表面涂敷切削工具获得了改进的韧性。

表18

表19

<实施例31至36>

<表面涂敷切削工具的制造>

最初，作为表面涂敷切削工具的基础材料，制备了具有以上表1中所示的材料和工具形状(根据评价下面所要描述的各特性的方法的不同而不同)的用于切削的多刃刀片，以及多刃刀片(基础材料)安装于阴极弧离子电镀装置上。

接连地，在该装置的腔内的压力通过真空泵降低，和基础材料的温度利用在装置中提供的加热器被加热至450℃。腔被抽空，直到在腔内的压力达到1.0×10^-4Pa为止。

其后，将氩气引入和在腔内的压力保持在3.0Pa。基础材料的基底偏电源的电压逐渐地提高至-1500V，和基础材料的表面的清洗进行15分钟。其后，氩气消耗尽。

然后，设定作为金属蒸发源的由合金组成的靶，以使Ti_0.5Al_0.5N形成至3μm的厚度，当在基础材料上形成的涂膜与其直接接触时。将作为活性气体的氮气引入，基础材料(基底)的温度设定至450℃，活性气体压力设定至4.0Pa，和基底偏电压按照在下表20中所示来变化。以这一方式，100A的弧光电流供应给阴极达60分钟和金属离子从电弧型蒸发源产生，据此制造了具有在以下表21中所示的压缩应力的强度分布的实施例31-36的根据本发明的表面涂敷切削工具。

表20

No.	第一周期(时间/基底偏电压)	第二周期(时间/基底偏电压)
			实施例31	15分钟-150V至-50V	15分钟-50V至-150V
实施例32	5分钟-150V至-50V	5分钟-50V至-150V
			实施例33	1分钟-150V至-50V	1分钟-50V至-150V
实施例34	1分钟-150V至-50V	2分钟-50V至-150V
			实施例35	12分钟-20V至-210V	12分钟-210V至-20V
实施例36	12分钟-75V至-150V	12分钟-150V至-75V

在以上表20中的“第一周期”和“第二周期”表示作为交替重复(达60分钟)这些周期的结果来施加基底偏电压，这些周期持续在第一周期的表框和第二周期的表框中所示的时间长度(该周期从“第一周期”开始，然而，没有必要以“第二周期”结束)。也就是说，在周期的各表框中的时间显示了消逝时间，在该消逝时间中金属离子从合金构成的靶中蒸发。在各表框中电压的数值显示了在如上所述的消逝时间过程中的基底偏电压集合。例如，如果给出范围如“-150V到-50V”，这表明在消逝时间中基底偏电压以恒定速度逐渐从-150V降低至-50V。这里，涂膜的压缩应力逐渐地降低。同时，如果给出范围如“-50V到-150V”，这表明在消逝时间中基底偏电压以恒定速度逐渐从-50V增大至-150V。这里，涂膜的压缩应力逐渐地增大。分别在其中电压的下降转变成升高的点上(即在从“第一周期”转换成“第二周期”的点上)和在其中电压的提高转变成减低的点上(即在从“第二周期”转换成“第一周期”的点上)形成了压缩应力的相对最低点和相对最高点。

基底偏电压相对于消逝时间发生变化，这样能够形成在涂膜中压缩应力的强度分布中的相对最高点和相对最低点或连续提高或下降。

应当指出，在以上表21中的在表面上压缩应力的表框中和在底面上压缩应力的表框中的数值给出了分别在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所显示出的压缩应力。另外，在第一中间点的表框中的数值和在第二中间点的表框中的数值显示了在涂膜厚度方向上从涂膜的表面分别到第一中间点和到第二中间点之间的距离(以“％”显示的数值是相对于涂膜厚度的值，附带有“μm”的指示)。另外，在相对最低点的表框中和在相对最高点的表框中的数值显示了分别在相对最低点和相对最高点下的压缩应力(虽然该数值显示为一个范围，但可以假设该压缩应力达到了在这一范围内的任何大体上相同的值)。另外，相对最低点计数/距离和相对最高点计数/距离分别表示了在涂膜的表面与涂膜的底面之间出现的相对最低点和相对最高点的数量，以及在相对最低点之间的距离和在相对最高点之间的距离。

在实施例31至36中根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层并且具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布特征在于：在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并且压缩应力在第一中间点达到相对最低点，以及压缩应力从第一中间点到位于第一中间点和涂膜的底面之间的第二中间点连续地增大和在第二中间点上达到相对最高点，和强度分布具有在第二中间点和涂膜的底面之间的一个或多个相似的相对最低点和一个或多个相似的相对最高点。这些相对最低点和相对最高点按照这一顺序以交替和重复方式存在。在各实施例中，在各相对最低点上的压缩应力达到大体上相同的值以及在各相对最高点上的压缩应力达到大体上相同的值。相对最低点或相对最高点是以大体上相等的间隔存在。也就是说，这一强度分布显示了根据如上所述的第四实施方案的示例性的强度分布。

为了对比目的，按类似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下条件除外：在金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后，基底偏电压花费60分钟从-20V均匀地增大到-150V(对比实施例7)。

在根据对比实施例7的表面涂敷切削工具中，涂膜的压缩应力的强度分布即没有相对最低点也没有相对最高点，以及压缩应力从涂膜的底面到涂膜的表面均匀地增大。

<实施例37至40>

<表面涂敷切削工具的制造>

最初，与用于实施例31到36中的基础材料相同的基础材料用作表面涂敷切削工具的基础材料，和这一基础材料附着于阴极弧离子电镀装置中。

接连地，在该装置的腔内的压力通过真空泵降低，和基础材料的温度利用在装置中提供的加热器被加热至450℃。腔被抽空，直到在腔内的压力达到1.0×10^-4Pa为止。

其后，将氩气引入并且将在腔内的压力保持在3.0Pa。基础材料的基底偏电源的电压逐渐地提高至-1500V，和基础材料的表面的清洗进行15分钟。其后，氩气消耗尽。

然后，设定作为金属蒸发源的由合金组成的靶，以使Al_0.6Ti_0.2Si_0.1Cr_0.1N形成至3μm的厚度，当在基础材料上形成的涂膜与其直接接触时。将作为活性气体的氮气引入，基础材料(基底)的温度设定至450℃，活性气体压力设定至4.0Pa，和基底偏电压按照在下表22中所示来变化。以这一方式，100A的弧光电流供应给阴极达60分钟和金属离子从电弧型蒸发源产生，据此制造了具有在以下表23中所示的压缩应力的强度分布的实施例37-40的根据本发明的表面涂敷切削工具。

表22

No.	第一周期(时间/基底偏电压)	第二周期(时间/基底偏电压)
			实施例37	5分钟-210V至-20V	5分钟-20V至-210V
实施例38	5分钟-210V至-60V	5分钟-60V至-210V
			实施例39	5分钟-210V至-100V	5分钟-100V至-210V
实施例40	5分钟-210V至-150V	5分钟-150V至-210V

与在表20中一样，在以上表22中的“第一周期”和“第二周期”表示作为交替重复(达60分钟)这些周期的结果来施加基底偏电压，这些周期持续在第一周期的表框和第二周期的表框中所示的时间长度(该周期从“第一周期”开始)。另外，与在表20中一样，在各表框中时间和电压的数值显示了在消逝时间中的基底偏电压组。

应当指出，与在表21中一样，在以上表23中的在表面上压缩应力的表框中和在底面上压缩应力的表框中的数值给出了分别在涂膜的表面上和在涂膜的底面上所显示出的压缩应力。另外，与在表21中一样，在第一中间点的表框中的数值和在第二中间点的表框中的数值也显示了在涂膜厚度方向上从涂膜的表面到各中间点之间的距离(以“％”显示的数值是相对于涂膜厚度的值，附带有“μm”的指示)。另外，与在表21中一样，在相对最低点的表框中和在相对最高点的表框中的数值也显示了分别在这些点下的压缩应力(虽然该数值显示为一个范围，但可以假设该压缩应力达到了在这一范围内的任何大体上相同的值)。另外，与在表21中相同，相对最低点计数/距离和相对最高点计数/距离分别表示了在涂膜的表面与涂膜的底面之间出现的相对最低点和相对最高点的数量，以及在相对最低点之间的距离和在相对最高点之间的距离。

在实施例37至40中根据本发明的表面涂敷切削工具包括基础材料和在基础材料上形成的涂膜。涂膜作为在基础材料上的最外层和具有压缩应力。压缩应力发生变化以使得在涂膜厚度方向上具有强度分布，和强度分布特征在于：在涂膜的表面上的压缩应力从涂膜的表面到位于涂膜的表面和涂膜的底面之间的第一中间点连续地降低并且压缩应力在第一中间点达到相对最低点，以及压缩应力从第一中间点到位于第一中间点和涂膜的底面之间的第二中间点连续地增大和在第二中间点上达到相对最高点，和强度分布具有在第二中间点和涂膜的底面之间的一个或多个相似的相对最低点和一个或多个相似的相对最高点。这些相对最低点和相对最高点按照这一顺序以交替和重复方式存在。在各实施例中，在各相对最低点上的压缩应力达到大体上相同的值以及在各相对最高点上的压缩应力达到大体上相同的值。相对最低点或相对最高点是以大体上相等的间隔存在。也就是说，这一强度分布显示了根据如上所述的第四实施方案的示例性的强度分布。

为了对比目的，按类似方式制造表面涂敷切削工具，但是以下条件除外：在金属离子从合金构成的靶中开始蒸发之后，基底偏电压在-75V下维持60分钟(对比实施例8)。

在根据对比实施例8的表面涂敷切削工具中，没有涂膜的压缩应力的强度分布，和压缩应力从涂膜的底面到涂膜的表面是恒定的。

<表面涂敷切削工具的耐磨性的评价>

按以上所述方法制造的根据实施例31到40和对比实施例7和8的表面涂敷切削工具中的每一种接受在以上表1中所示的条件下的湿(水溶性的乳液)连续式切削试验和湿中断式切削试验。然后，在切削刃上的侧面磨损宽度超过0.20mm的时间是作为切削时间来测量的。

表24和25显示了，作为表面涂敷切削工具的耐磨性的评价结果，如上所述方法测量的切削时间。随着切削时间变得更长，耐磨性是优异的。另外，在连续切削试验中，还观察在所要切削的材料的加工表面上的光亮度。表24和25同样地给出了观察结果。这里，“光亮的”表示所要切削的材料的加工表面具有光亮度，而“昏暗”表示所要切削的材料的加工表面不具有光亮度而是昏暗的。

从表24和25中能够清楚地看出，在连续的切削试验和中断的切削试验两者中，与在对比实施例7和8中的表面涂敷切削工具相比，已经证实，在实施例31-40中的根据本发明的表面涂敷切削工具获得了进一步改进的耐磨性，具有在加工表面上的光亮度，获得了优异的耐膜层碎屑化的性能，和进一步改进的寿命。

<表面涂敷切削工具的韧性的评价>

按以上所述方法制造的根据实施例31到40和对比实施例7和8的表面涂敷切削工具中的每一种接受用于评价在以下所示条件下的韧性的一种试验。

对于切削的条件，具体地说，如以上表1中所示，S50C材料中包括50个通孔的块材(300mm长乘150mm宽)用作被切削的材料。干磨削试验在下面条件下进行：切削速度设定至180m/min，切削深度(cutting)设定为2.0mm，进给速率设定为从0.10mm/切削刃增加0.05mm/切削刃(对于每300mm的切削长度)。

表24和25显示了各表面涂敷切削工具的韧性评价的结果。随着最大进给速率更大，韧性优异。

从表24和25中能够清楚地看出，与在对比实施例7和8中的表面涂敷切削工具相比，已经证实在实施例31-40中的根据本发明的表面涂敷切削工具获得了改进的韧性。

表24

表25

以上公开的实施方案和实施例是为了举例说明的目的但并不起限定作用，本发明的精神和范围不受以上实施方案和实施例限制而是受到权利要求的限制并且希望包括在权利要求范围内的全部改进和变化。

Claims (32)

1.表面涂敷切削工具(1)，包括：

基础材料(2)；和

在所述基础材料(2)上形成的涂膜(3)；其中

该涂膜(3)作为在所述基础材料(2)上的最外层并且具有压缩应力，

该压缩应力发生变化以使得在所述涂膜(3)的厚度方向上具有强度分布，并且

该强度分布特征在于：所述涂膜的压缩应力从所述涂膜的所述表面(4)向着位于所述涂膜的所述表面(4)与所述涂膜的底面(6)之间的第一中间点(5)连续地减低，并且该压缩应力在所述第一中间点(5)处达到相对最低点。

2.根据权利要求1的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述强度分布特征在于：在所述涂膜的所述表面(4)处达到最高压缩应力以及该压缩应力从所述第一中间点(5)到所述涂膜的所述底面(6)保持恒定值。

3.根据权利要求2的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述压缩应力是在从至少-15GPa到至多0GPa范围内的应力。

4.根据权利要求2的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述第一中间点(5)位于与所述涂膜的所述表面(4)相距相当于所述涂膜(3)厚度的至少0.1％到至多50％的距离的位置上。

5.根据权利要求2的表面涂敷切削工具(1)，其中

在所述第一中间点(5)处的所述压缩应力被设定至相当于在所述涂膜的所述表面(4)处的压缩应力的20-90％的值。

6.根据权利要求5的表面涂敷切削工具(1)，其中

在所述第一中间点(5)处的所述压缩应力被设定至相当于在所述涂膜的所述表面(4)处的压缩应力的40-80％的值。

7.根据权利要求1的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述强度分布特征在于：所述压缩应力从所述第一中间点(5)向着所述涂膜的所述底面(6)连续地增大。

8.根据权利要求7的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述压缩应力是在从至少-15GPa到至多0GPa范围内的应力。

9.根据权利要求7的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述第一中间点(5)位于与所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)的厚度的至少0.1％到至多50％的距离的位置上。

10.根据权利要求7的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述压缩应力在所述涂膜的所述表面(4)处达到最高值。

11.根据权利要求7的表面涂敷切削工具(1)，其中

在所述第一中间点(5)处的所述压缩应力被设定至相当于在所述涂膜的所述表面(4)处的压缩应力的20-90％的值。

12.根据权利要求11的表面涂敷切削工具(1)，其中

在所述第一中间点(5)处的所述压缩应力被设定至相当于在所述涂膜的所述表面(4)处的压缩应力的40-80％的值。

13.根据权利要求1的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述强度分布特征在于：所述压缩应力从所述第一中间点(5)向着位于所述第一中间点(5)和所述涂膜的所述底面(6)之间的第二中间点(9)连续地增大并在所述第二中间点(9)处达到相对最高点。

14.根据权利要求13的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述压缩应力是在至少-15GPa到至多0GPa范围内的应力。

15.根据权利要求13的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述第一中间点(5)位于与所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)厚度的至少0.1％到至多50％的距离的位置上。

16.根据权利要求13的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述第二中间点(9)位于与所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)厚度的至少0.2％到至多95％的距离的位置上。

17.根据权利要求13的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述压缩应力在所述涂膜的所述表面(4)处达到最高值。

18.根据权利要求13的表面涂敷切削工具(1)，其中

在所述第一中间点(5)处的所述压缩应力被设定至相当于在所述涂膜的所述表面(4)处的压缩应力的20-90％的值。

19.根据权利要求18的表面涂敷切削工具(1)，其中

在所述第一中间点(5)处的所述压缩应力被设定至相当于在所述涂膜的所述表面(4)处的压缩应力的40-80％的值。

20.根据权利要求1的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述强度分布特征在于：所述压缩应力从所述第一中间点(5)向着位于所述第一中间点(5)与所述涂膜的所述底面(6)之间的第二中间点(9)连续地增大并在所述第二中间点(9)处达到相对最高点，并且该强度分布在所述第二中间点(9)和所述涂膜的所述底面(6)之间具有一个或多个相似的所述相对最低点。

21.根据权利要求20的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述强度分布在所述第二中间点(9)和所述涂膜的所述底面(6)之间具有一个或多个相似的所述相对最高点。

22.根据权利要求20的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述强度分布在所述第二中间点(9)和所述涂膜的所述底面(6)之间具有一个或多个所述相似的相对最低点和一个或多个所述相似的相对最高点，所述相对最低点和相对最高点按照这一顺序交替和重复。

23.根据权利要求20的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述压缩应力是在从至少-15GPa到至多0GPa范围内的应力。

24.根据权利要求20的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述第一中间点(5)位于与所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)厚度的至少0.1％到至多40％的距离的位置上。

25.根据权利要求20的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述第二中间点(9)位于与所述涂膜的所述表面(4)相距所述涂膜(3)厚度的至少0.2％到至多80％的距离的位置上。

26.根据权利要求20的表面涂敷切削工具(1)，其中

所述压缩应力在所述涂膜的所述表面(4)处达到最高值。

27.根据权利要求20的表面涂敷切削工具(1)，其中

在所述第一中间点(5)处的所述压缩应力被设定至相当于在所述涂膜的所述表面(4)处的压缩应力的10-80％的值。

28.根据权利要求27的表面涂敷切削工具(1)，其中

在所述第一中间点(5)处的所述压缩应力被设定至相当于在所述涂膜的所述表面(4)处的压缩应力的20-60％的值。

29.表面涂敷切削工具(1)，包括：

基础材料(2)；和

在所述基础材料(2)上形成的涂膜(3)；其中

该涂膜(3)作为在所述基础材料(2)上的最外层并且具有压缩应力，

该压缩应力发生变化以使得在所述涂膜(3)的厚度方向上具有强度分布，并且

该强度分布特征在于：所述涂膜的压缩应力从所述涂膜的所述表面(4)向着位于所述涂膜的所述表面(4)与所述涂膜的底面(6)之间的第一中间点(5)减低，并且该压缩应力在所述第一中间点(5)处达到相对最低点，

其中所述强度分布特征在于：在所述涂膜的所述表面(4)处达到最高压缩应力以及该压缩应力从所述第一中间点(5)到所述涂膜的所述底面(6)保持恒定值，并且

其中所述最高压缩应力在从所述涂膜的所述表面(4)到所述第一中间点(5)的规定距离上得到保持，并且之后所述压缩应力向着所述第一中间点(5)连续地减低。

30.表面涂敷切削工具(1)，包括：

基础材料(2)；和

在所述基础材料(2)上形成的涂膜(3)；其中

该涂膜(3)作为在所述基础材料(2)上的最外层并且具有压缩应力，

该压缩应力发生变化以使得在所述涂膜(3)的厚度方向上具有强度分布，并且

该强度分布特征在于：所述涂膜的压缩应力从所述涂膜的所述表面(4)向着位于所述涂膜的所述表面(4)与所述涂膜的底面(6)之间的第一中间点(5)减低，并且该压缩应力在所述第一中间点(5)处达到相对最低点，

其中所述强度分布特征在于：所述压缩应力从所述第一中间点(5)向着所述涂膜的所述底面(6)连续地增大，并且

其中所述涂膜的压缩应力在从所述涂膜的所述表面(4)到所述第一中间点(5)的规定距离上得到保持，并且之后所述压缩应力向着所述第一中间点(5)连续地减低。

31.表面涂敷切削工具(1)，包括：

基础材料(2)；和

在所述基础材料(2)上形成的涂膜(3)；其中

该涂膜(3)作为在所述基础材料(2)上的最外层并且具有压缩应力，

该压缩应力发生变化以使得在所述涂膜(3)的厚度方向上具有强度分布，并且

该强度分布特征在于：所述涂膜的压缩应力从所述涂膜的所述表面(4)向着位于所述涂膜的所述表面(4)与所述涂膜的底面(6)之间的第一中间点(5)减低，并且该压缩应力在所述第一中间点(5)处达到相对最低点，

其中所述强度分布特征在于：所述压缩应力从所述第一中间点(5)向着位于所述第一中间点(5)和所述涂膜的所述底面(6)之间的第二中间点(9)连续地增大并在所述第二中间点(9)处达到相对最高点，并且

其中所述涂膜的压缩应力在从所述涂膜的所述表面(4)到所述第一中间点(5)的规定距离上得到保持，并且之后所述压缩应力向着所述第一中间点(5)连续地减低。

32.表面涂敷切削工具(1)，包括：

基础材料(2)；和

在所述基础材料(2)上形成的涂膜(3)；其中

该涂膜(3)作为在所述基础材料(2)上的最外层并且具有压缩应力，

该压缩应力发生变化以使得在所述涂膜(3)的厚度方向上具有强度分布，并且

该强度分布特征在于：所述涂膜的压缩应力从所述涂膜的所述表面(4)向着位于所述涂膜的所述表面(4)与所述涂膜的底面(6)之间的第一中间点(5)减低，并且该压缩应力在所述第一中间点(5)处达到相对最低点，

其中所述强度分布特征在于：所述压缩应力从所述第一中间点(5)向着位于所述第一中间点(5)与所述涂膜的所述底面(6)之间的第二中间点(9)连续地增大并在所述第二中间点(9)处达到相对最高点，并且该强度分布在所述第二中间点(9)和所述涂膜的所述底面(6)之间具有一个或多个相似的所述相对最低点，并且

其中所述涂膜的压缩应力在从所述涂膜的所述表面(4)到所述第一中间点(5)的规定距离上得到保持，并且之后所述压缩应力向着所述第一中间点(5)连续地减低。

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