CN101842179B - 表面被涂敷的切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明的表面被涂敷的切削工具包含基材和在该基材上形成的涂层，所述涂层是厚度大于或等于10μm的物理气相沉积层。从所述涂层的表面起算的厚度为1μm的表面区域具有其中累积残余应力为压应力的第一区域和其中累积残余应力为拉应力的第二区域，并且在所述表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。

Description

表面被涂敷的切削工具
技术领域
本发明涉及一种表面被涂敷的切削工具，其包括基材和在该基材上形成的涂层。 
背景技术
各种切削工具被广泛用于切削金属材料。例如，可供使用的有：化学气相沉积(CVD)工具、物理气相沉积(PVD)工具、金属陶瓷工具、硬质合金工具和陶瓷工具，根据用途的不同来应用这些工具。其中，CVD工具是在基材上以CVD方法形成有涂层(陶瓷涂层)的工具，并且PVD工具是在基材上以PVD方法形成有涂层(陶瓷涂层)的工具，而金属陶瓷工具、硬质合金工具和陶瓷工具则可被归类为没有上述涂层的工具。 
近年来，随着切削速度的高速化，CVD工具和PVD工具越来越多地被使用。由于能够在CVD工具上形成通常既具有优异的抗剥离性能又具有优异的耐热性能的氧化铝膜，所以CVD工具主要用作钢材的车削工具。另一方面，因为PVD工具的涂层内具有残余压应力因而具有优异的抗裂性能(breakage resistance)，所以PVD工具主要用作要经受强的机械冲击的铣刀。 
目前，在切削加工行业中，为了提高每小时的生产率，对高速、高效加工的要求日益增长，由此使得CVD工具向厚膜化(即，形成较厚的涂层)发展。但是，CVD工具存在如下问题：由于CVD工具的基材与氧化铝膜或TiCN膜等涂层的热膨胀系数不同，所以，如果膜厚度提高到大约15μm，则在该涂层中会产生大的残余拉应力，膜的强度便会降低，并且膜的表面粗糙度也增大，从而使得膜的抗剥离性能降低。因此，采用CVD法形成涂层后，要对涂层进行喷砂或抛光等表面处理(未经审查的日本专利申请公开No.05-116003(专利文献1))。 然而，采用CVD法形成的涂层难以释放其整个涂层的残余拉应力，因此，对于涂层厚度大于或等于15μm的厚膜CVD工具，很难使其抗裂性能达到稳定。 
另一方面，对于PVD工具而言，由于采用PVD法形成的涂层可以被赋予残余压应力，所以，PVD工具能够确保在涉及强烈的机械冲击的车削加工应用(例如断续切削)中表现出优异的切削性能。因此，已经有人提出了具有涂层的切削工具，对该涂层的残余压应力分布进行调整，以提高耐磨性和抗崩损性(resistance to chipping)(未经审查的日本专利申请公开No.2006-082218(专利文献2))。但是，由于在这个方案中涂层具有大的残余压应力，所以很难在无膜破损的情况下形成厚度大于或等于10μm的涂层。为此，已经有人提出了这样的PVD工具，其具有利用PVD法形成的大约10μm厚的涂层，从而具有特定的取向(未经审查的日本专利申请公开No.09-323204(专利文献3))。但是，在这个方案中，涂层的类型仅限于具有特定组成和特定结晶取向的涂层，所以，其应用范围有限；此外，即使能够在无膜破损的情况下形成该涂层，也无法充分防止切削加工时在冲击作用下涂层中出现压缩破坏的现象，结果需要延长工具的使用寿命。特别是需要开发这样的厚膜PVD工具，其耐磨性能优于涂层厚度大于或等于15μm的CVD工具。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：未经审查的日本专利申请公开No.05-116003 
专利文献2：未经审查的日本专利申请公开No.2006-082218 
专利文献3：未经审查的日本专利申请公开No.09-323204 
发明内容
本发明要解决的技术问题 
鉴于上述现状，本发明的目的是：提供一种表面被涂敷的切削工具，该切削工具包括采用PVD法形成的厚涂层，从而使该切削工具具 有优异的耐磨性，并且在涂层形成过程中或者在切削加工过程中对涂层造成破坏的可能性降低。 
解决上述技术问题所采用的手段 
本发明的表面被涂敷的切削工具包含基材和在该基材上形成的涂层，所述涂层是厚度大于或等于10μm的物理气相沉积层。从所述涂层的表面起算的厚度为1μm的表面区域具有其中累积残余应力为压应力的第一区域和其中累积残余应力为拉应力的第二区域，并且在所述表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。 
在此，所述整个涂层的累积残余应力优选为大于或等于-1Gpa且小于0Gpa，所述第二区域的累积残余应力优选为小于或等于1Gpa。 
此外，所述涂层的厚度优选为大于或等于15μm，更优选为大于或等于20μm。 
此外，优选的是，所述涂层包括一层或多层，并且至少一层所述涂层是由至少含有钛作为构成成分的氮化物、碳氮化物、氮氧化物、或碳氮氧化物形成的。此外，至少一部分所述涂层优选具有超多层结构(super-multilayered structure)。 
此外优选的是，所述基材由硬质合金形成，该硬质合金含有碳化钨(WC)晶粒，该晶粒的平均粒径为0.3μm至2.5μm。 
此外，在所述基材与所述涂层的界面区域中，所述涂层所包含的晶粒优选与所述基材所包含的WC晶粒具有共格性(coherent)。 
以上所述的本发明表面被涂敷的切削工具适合用于车削加工。 
本发明的有益效果 
由于具有上述构造，所以本发明的表面被涂敷的切削工具具有优异的耐磨性，并且在涂层形成过程中或者在切削加工过程中对涂层造成破坏的可能性降低。 
附图简要说明 
图1是示出本发明涂层的表面区域的累积残余应力的例子的图。 
图2是示出常规涂层的表面区域的累积残余应力的例子的图。 
实施本发明的最佳方式 
以下对本发明作进一步详细的说明。 
表面被涂敷的切削工具 
本发明的表面被涂敷的切削工具包括基材和在该基材上形成的涂层。如此构造的本发明的表面被涂敷的切削工具，其作为(例如)钻头、立铣刀、铣削加工或车削加工用可转位刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥、或者曲轴销加工头(a tip for crankshaft pin milling)是极为有用的。 
虽然本发明的表面被涂敷的切削工具由此可具有广泛的用途，但是它特别适合用于主要使用CVD工具的车削加工应用中。即，本发明的表面被涂敷的切削工具在车削加工应用中作为常规的厚膜CVD工具的替代品，并且与厚膜CVD工具相比，本发明的表面被涂敷的切削工具由于具有更长的工具使用寿命，因而可极为有效地用于高速、高效加工应用中。 
基材 
本发明的表面被涂敷的切削工具所用的基材可以为常规已知可用作此类切削工具的基材的任何基材。所述基材的例子包括：硬质合金(例如WC基硬质合金，包括除了WC以外还含有钴、并且还可进一步添加钛、钽、铌等的碳氮化物的那些WC基硬质合金)、金属陶瓷(主要包含(例如)TiC、TiN或TiCN的那些金属陶瓷)、高速钢、陶瓷(例如碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、以及它们的混合物)、立方氮化硼烧结体、以及金刚石烧结体。 
特别是，硬质合金优选用作本发明的基材，含有WC晶粒、并且该晶粒的平均粒径为0.3μm至2.5μm的硬质合金尤其适合用作所述基材。所述平均粒径更优选为0.4μm至2μm，进一步更优选为0.5μm至 1.5μm。 
通常，作为钢材车削用CVD工具的基材而使用的硬质合金含有平均粒径为3μm至5μm的WC晶粒。因为采用CVD法形成的涂层具有残余拉应力，所以在制造过程中，裂纹会被引入到涂层中，该裂纹与涂层的厚度对应并且是被预先引入的。因此，如上所述，WC晶粒具有大的粒径，即3μm至5μm，以提高裂纹扩展阻力(crack propagationresistance)。与此相对照的是，本发明采用PVD法形成的涂层，原则上是不含裂纹的，因此，提高裂纹扩展阻力的必要性就很小。与上述粒径范围相反，如果WC晶粒的平均粒径在0.3μm至2.5μm的范围内，则可以使基材的硬度增加，从而提高其耐磨性，并且还可以使基材的强度增加，从而确保具有优异的抗裂性能。另外，如果WC晶粒的平均粒径落在该范围内，则在基材与涂层的界面处能够生成形成涂层的晶粒，其与WC晶粒具有共格性(如下文所述)，结果涂层具有较细的晶粒，从而提高了对硬质合金基材的附着性。因此切削工具具有优异的抗剥离性能。采用以下方法测定WC晶粒的平均粒径：利用扫描电子显微镜或者结晶取向分析装置，测定在基材表面中(与涂层的界面区域中)预定长度的任意线段(该线段与基材的表面平行)上存在的WC晶粒的个数，再将在该预定长度内存在的WC晶粒的长度除以该个数。测定时所用线段的预定长度优选为约2μm至100μm，更优选为约5μm至50μm。因为此长度足以避免误差，并且足以代表整个基材的值。 
可以通过以下方法制得含有该平均粒径的WC晶粒的硬质合金：将作为原料的WC粉末、钴粉末、以及可任选的至少一种选自Cr3C2粉末、VC粉末、NbC粉末、TiC粉末、TaC粉末等中的粉末(各粉末的平均粒径均为0.1μm至2.5μm)按照预定的混合比在乙醇中粉碎混合，干燥后将混合粉末压制成形，并将成形体在高温下(1,400℃左右)于真空中烧结。 
在所用基材为硬质合金的情况下，即使该硬质合金的组织中含有游离碳或者被称为η相的异常相，也能够实现本发明的有益效果。 
可以对本发明所使用的基材的表面进行改性。例如，可在硬质合 金的表面上形成无β相层(β-phase-free layer)，或者可在金属陶瓷的表面上形成表面硬化层。即使表面被改性，也能够实现本发明的有益效果。 
涂层 
在本发明的表面被涂敷的切削工具的基材上所形成的涂层是厚度大于或等于10μm的物理气相沉积层。在此，“物理气相沉积层”是指采用物理气相沉积(PVD)法形成的涂层。本发明中使用的PVD工艺可以是任何常规已知的PVD工艺。该PVD工艺的例子包括：溅射法、电弧离子镀法、以及蒸镀法。特别优选采用电弧离子镀法和磁控溅射法。 
本发明的涂层的特征在于其厚度大于或等于10μm。在厚度大于或等于10μm的情况下，该涂层改善了工具的耐磨性，从而显著延长工具的使用寿命。在本发明中，由于对累积残余应力加以控制(如下文所述)，所以可以形成大于或等于10μm厚的物理气相沉积层。 
本发明的涂层的厚度优选为大于或等于15μm，更优选为大于或等于20μm。这进一步延长了工具的使用寿命，并且提供了优异的抗裂性能。显然，本发明的涂层优于具有同样厚度的CVD涂层，这是因为CVD涂层难以释放其拉应力因而具有较低的抗裂性能。 
在本发明中，“涂层的厚度”是指切削刃部位的涂层厚度，例如，在表面被涂敷的切削工具的基材上形成的、位于前刀面(rake face)的切削刃部位的涂层厚度。 
累积残余应力 
在本发明中，把从涂层的表面起算的厚度为1μm的区域(即，从表面起算的深度为1μm的区域)称为表面区域。要求该表面区域具有其中累积残余应力为压应力的第一区域和其中累积残余应力为拉应力的第二区域。该表面区域可以具有各自为单一一个区域的第一区域和第二区域，这样该表面区域就被分成两个区域；或者该表面区域可以具有各自为两个或多个彼此物理分隔的区域的第一区域和第二区域。 以图1(下文描述)为例，第一区域包括两个区域，即，从涂层表面起到Z1的区域和从Z2起到厚度为1μm处的区域(也就是累积残余应力不足0GPa的区域)；而第二区域是从Z1到Z2的区域(即，累积残余应力大于或等于0GPa的区域)。图1在下文再做详述。另一方面，图2是示出常规的表面被涂敷的切削工具(其具有在基材上形成的物理气相沉积层)的涂层中的表面区域累积残余应力的例子的图，与示出本发明涂层的表面区域的图1相反，在图2中，整个表面区域内的累积残余应力均为压应力。 
这样，可以以物理气相沉积层的方式提供本发明的具有第一区域和第二区域的涂层，尽管该物理气相沉积层的厚度大于或等于10μm，但是其具有在形成过程(在本发明中，涂层的形成应被理解为包括在涂敷步骤后进行的冷却步骤)或者在切削过程中均不会受到破坏的特性。这基于以下发现：本发明人发现，对于稳定地使用厚的物理气相沉积层来进行车削等切削加工而言，控制涂层表面部分的残余应力是最有效的。也就是说，为了实现上述特性，需要既抵抗拉伸破坏又抵抗压缩破坏，如果在涂层的表面部分中既存在累积残余应力为拉应力的区域又存在累积残余应力为压应力的区域，则它们能够应对在涂层形成过程或切削加工过程中产生的复杂的应力场，从而提供足够的既抵抗压缩破坏又抵抗拉伸破坏的性能。 
第一区域的累积残余应力优选为大于或等于-1.5GPa，更优选为大于或等于-1GPa。如果第一区域的累积残余应力在上述范围内，那么即使涂层厚度为大于或等于10μm，也能够极为有效地防止压缩破坏。另外，第二区域的累积残余应力优选为小于或等于1GPa，更优选为小于或等于0.8GPa。如果第二区域的累积残余应力在上述范围内，那么即使涂层厚度为大于或等于10μm，也能够极为有效地防止拉伸破坏。 
在本发明中，“累积残余应力”是指：在深度方向上，从涂层表面到某一点的平均残余应力。以下结合图1做进一步的说明。图1是示出本发明涂层的表面区域的累积残余应力的例子的图。在图1中，例如，A点表示距离涂层表面0.1μm的点(即，厚度为0.1μm处的点)，从表面到A点的残余应力平均为0.7GPa(而不是表示仅仅A点的残 余应力为0.7GPa)。因此，A点的累积残余应力为0.7GPa。同样，B点(厚度为1μm处的点)的累积残余应力为-0.45GPa，C点(厚度为5μm处的点)的累积残余应力为0.12GPa，但是表面区域并不包括C点。 
此外，在本发明中，“压应力”(残余压应力)是存在于涂层中的内部应力(内在应变)的一种，用负值(单位：GPa)来表示。另一方面，在本发明中，“拉应力”(残余拉应力)也是存在于涂层中的内部应力的一种，用正值(单位：GPa)来表示。因为压应力和拉应力都是残存于涂层中的内部应力，所以可将其简单地统称为残余应力(为了方便起见，包括0GPa)。 
此外，在本发明中，要求在表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。如果表面区域的累积残余应力小于-1.5GPa，则有出现压缩破坏的倾向；而如果表面区域的累积残余应力大于1.5GPa，则可能出现拉伸破坏；不管在上述哪一种情况下，工具的使用寿命都会缩短。在此，以图1为例进行说明，“在表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内”是指：在表面区域(从表面起算的厚度为1μm的区域)内，在任意一点处的累积残余应力既不低于-1.5GPa，也不超过1.5GPa。 
所述表面区域的累积残余应力优选在-1GPa至1GPa的范围内，特别优选在-0.8GPa至0.8GPa的范围内。 
此外，本发明中的整个涂层的累积残余应力优选为大于或等于-1GPa且小于0GPa。因为这样可以有效地实现在涂层形成过程或切削加工过程中不受到破坏的特性、同时还具有优异的抗裂性能。在此，“整个涂层的累积残余应力为大于或等于-1GPa且小于0GPa”是指：整个涂层的残余应力的平均值大于或等于-1GPa且小于0GPa。整个涂层的累积残余应力更优选为大于或等于-0.8GPa且小于0GPa，还更优选为大于或等于-0.7GPa且小于0GPa。在这种情况下，如果整个涂层的累积残余应力为小的残余压应力(应力的绝对值小)，则不仅能够提高涂层的抗剥离性(否则，由于涂层的厚度大(即，大于或等于10μm)， 涂层很容易从基材上剥落)，而且还能够提高抗压缩破坏和抗拉伸破坏的性能，从而使得延长工具使用寿命的效果得到增强。 
在本发明中，累积残余应力可以采用sin2ψ方法进行测定。利用X射线的sin2ψ方法广泛用作测定多晶材料的残余应力的方法。在《X射线应力测定方法》(日本材料学会，1981年株式会社养贤堂发行)一书的第54-66页，详细描述了这种测定方法。在本发明中，在通过同倾法(iso-inclination method)和侧倾法(side-inclination method)的组合来固定X射线穿透深度的条件下，在包含待测应力的方向和测量位置处样品表面的法线方向的平面内，测定不同ψ方向的衍射角2θ，从而绘制出2θ-sin2ψ曲线图，由其斜率即可求出直到该深度(距涂层表面的距离)的残余应力的平均值。 
进一步具体地说，在X射线应力测定方法(其中，从X射线源发出的X射线以预定的角度入射在样品上，用X射线检测仪检测出由样品所衍射的X射线，以基于该检测值来确定内部应力)中，从X射线源发出的X射线以任意的预设角度入射在样品表面的任意位置。在样品绕ω轴和χ轴旋转的同时，测定介于衍射面的法线和样品表面的法线这二者之间的不同角度ψ下的衍射线，从而求得样品的内部残余应力，其中，ω轴是穿过样品上的X射线照射点、并且与样品表面中的入射X射线垂直的轴，χ轴是在ω轴平行于样品台旋转(样品表面与入射X射线的夹角保持不变)时ω轴与入射X射线重合的轴。 
就X射线源的品质(例如高亮度、高平行性、以及波长可调性)来讲，所用的X射线源优选为同步辐射光(SR)。 
另外，需要涂层的杨氏模量和泊松比，以便如上文所述由2θ-sin2ψ曲线图求出残余应力。但是，该杨氏模量可以采用(例如)动态硬度计进行测定，而所用的泊松比随材料类型的不同变化不大，因此其值为0.2左右即可。 
涂层的组成 
在本发明的表面被涂敷的切削工具中，在其基材上形成的涂层包括一层或多层。也就是说，所述的涂层可以仅由单一组成的1个层形 成，也可以由组成不同的2个或多个层形成。如果涂层由2个或多个层形成，则在上述表面区域与其它区域的界面处，层的组成可以是不同的，也可以是相同的。同样，在上述第一区域与第二区域的界面处，层的组成可以是不同的，也可以是相同的。这样，在本发明中，累积残余应力的强度分布可以与组成分布相关，也可以无关。本发明的涂层并不局限于覆盖基材整个表面的涂层，也包括局部未被覆盖的方案。 
形成涂层是为了提供对工具的多种性能加以改善的效果，所述性能包括耐磨性、抗氧化性、韧性以及为了识别用过的切削刃而着色的性能，但对所用的组成并没有特别的限定，可以采用通常已知的各种组成。例如，可以示例性地举出这样的组成，其由选自在日本使用的元素周期表中的IVA族元素(钛、锆、铪等)、VA族元素(钒、铌、钽等)、VIA族元素(铬、钼、钨等)、铝(Al)、硼(B)以及硅(Si)所组成的组中的至少1种元素的碳化物、氮化物、氧化物、碳氮化物、碳氧化物、氮氧化物、碳氮氧化物、或它们的固溶体形成。优选含氮涂层，因为其具有优良的韧性，并且即使其较厚也不容易被破坏。碳氮化物由于具有抗凹坑性(crater resistance)因而是优选的；而氧化物由于具有优异的抗氧化性和抗粘附性因而是优选的。所述的组成也可仅由上述元素中的至少一种元素形成。 
在上述组成中，特别优选的是至少含有钛作为构成成分的氮化物、碳氮化物、氮氧化物或碳氮氧化物。即，本发明的涂层中至少有一层优选由至少含有钛作为构成成分的氮化物、碳氮化物、氮氧化物或碳氮氧化物形成。这是因为上述化合物的耐磨性能、以及对钢材的抗粘附性特别优异。 
上述化合物的组成的优选例子包括：钛、(Ti1-xAlx)、(Ti1-xCrx)、(Ti1-xMox)、(Ti1-xZrx)、(Ti1-xSix)、(Ti1-xHfx)、(Ti1-xNbx)、(Ti1-xWx)以及(Ti1-x-yAlxSiy)(其中x和y均为小于或等于1的任意值)的氮化物、碳氮化物、氮氧化物和碳氮氧化物(包括例如还含有硼或铬的那些)。对上述氮、氧和碳的原子比没有特定的限制，可以采用各种通常已知的原子比。 
所述化合物更优选的例子包括：TiCN、TiN、TiSiN、TiSiCN、TiHfN、 TiAlN、TiAlCrN、TiAlSiN、TiAlSiCrN、TiBN、TiAlBN、TiSiBN、TiBCN、TiAlBCN和TiSiBCN。这些组成的原子比符合上述通式例子的原子比。在本发明中，对其它化合物的化学式，均可选择通常已知的任何原子比，除非另有说明。 
此外，所述涂层中至少有一部分优选具有超多层结构。在此，“超多层结构”是指由两种或多种性质或组成不同的层构成的大约为100至10,000层的层叠体(通常，交替地将一层堆叠在另一层上)，其中各层分别具有数纳米至数百纳米的厚度。在这种情况下，同时用不同的靶进行涂敷。这种方案是优选的，因为沉积速度优异、并且具有不同性质或组成的层可以被组合在一起，从而提高了涂层的硬度、绝热性和抗氧化性等膜特性。 
基材与涂层的界面区域 
在本发明的表面被涂敷的切削工具中，在基材与涂层的界面区域，所述涂层中包含的晶粒优选与所述基材中包含的WC晶粒具有共格性。在此，“与所述基材中包含的WC晶粒具有共格性”是指：在界面区域中，涂层中所包含的各晶粒作为柱状晶体形成在各WC晶粒上，使得各柱状晶体的宽度与各WC晶粒的粒径基本一致。如上所述，WC晶粒的平均粒径优选为0.3μm至2.5μm，因此，涂层中的柱状晶粒的宽度也为0.3μm至2.5μm。 
这样，如果在基材与涂层的界面区域，所述涂层中包含的晶粒与所述基材中包含的WC晶粒具有共格性，则涂层对基材的附着力提高，从而发挥出优异的性能，特别是在要求抗剥离性能的车削加工应用中更是如此。 
涂层的形成方法 
因为本发明的涂层是物理气相沉积层，所以它是采用物理气相沉积(PVD)法形成的。可以采用任何PVD工艺形成所述的涂层，并且对其形成工艺的种类没有特别的限定。 
此外，本发明人的研究已经证明：上文所述的赋予到涂层上的累 积残余应力取决于(例如)形成涂层时的基材温度和基板偏压、以及加热器的辐射热，可以控制这些因素以赋予上文所述的累积残余应力。 
一般而言，对基材施加的基板偏压越高，以离子状态供给到基材的、用于形成涂层的元素就具有越高的能量，因此两者碰撞时的冲击作用越强，结果，所形成的涂层就具有越大的压应力(负的应力值的绝对值越大)。反之，基板偏压越低，以离子状态与基材碰撞的元素产生的冲击作用越弱，结果，赋予的压应力就越小(负的应力值的绝对值越小)，或者在某些情况下，会赋予拉应力。 
此外，形成涂层过程中基材的温度越低，由离子状态的元素与基材碰撞而产生的冲击作用所引入的压应力就越不容易热退火，结果，所形成的涂层就具有越大的压应力(负的应力值的绝对值越大)。反之，形成涂层过程中基材的温度越高、或者形成涂层后加热器的温度越高，由离子状态的元素与基材碰撞而产生的冲击作用所引入的压应力就越容易热退火，结果，赋予的压应力就越小(负的应力值的绝对值越小)，或者在某些情况下，会赋予拉应力。 
为了(例如)在能够引入压应力的基板(基材)偏压条件下形成涂层之后、接着形成最后1μm的区域(其作为表面区域)的步骤中形成所述涂层的表面区域，可以通过将基材的温度暂时提高到能够在涂层中引入拉应力的温度、然后将该基材冷却至能够在涂层中引入压应力的温度，或者通过采用诸如在降低的偏压条件下进行沉积的方法，来形成所需的第一区域和第二区域。 
另外，在形成涂层的表面区域时，如果控制基板偏压、基材温度、以及加热器的开关状态，使得压应力的引入与压应力的热退火这二者维持平衡，从而既不会引入大于1.5Gpa的拉应力，也不会引入大于-1.5Gpa(应力的绝对值较大)的压应力，那么就能够在表面区域内的所有区域中，将累积残余应力均控制在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。 
同样，可以控制基板偏压、基材温度以及加热器的开关状态，使得整个涂层的累积残余应力在大于或等于-1GPa且小于0GPa的范围内。 
另外，对于改善在基材和涂层的界面区域中该涂层所包含的晶粒 与该基材所包含的WC晶粒的共格性来说，形成涂层之前进行轰击是重要的步骤。具体而言，充入氩气后，将基板偏压维持为-1,500V，在使钨丝发射出热电子的同时，对硬质合金基材的表面进行轰击，随后形成涂层，这样，在基材与涂层的界面区域，该涂层中包含的晶粒与该基材中包含的WC晶粒就会具有共格性。 
这可能是因为所述的轰击去除了界面区域中的WC晶粒表面上的杂质以及氧化层，并提高了WC晶粒的表面活性，从而使得涂层中的晶粒生长以与WC晶粒具有共格性。这提高了涂层所包含的晶粒与基材所包含的WC晶粒的共格性，从而在涂层与WC晶粒(即，基材)之间提供了强的附着力，由此获得了优异的抗剥离性。 
例子 
下面将参照例子对本发明进行更为详细的描述，但本发明并不仅限于所举的例子。在这些例子中，涂层的化合物组成是利用X射线光电子能谱仪(XPS)进行检测的。此外，残余应力和厚度(或者距涂层表面的距离)是使用上述的sin2ψ方法进行测量的。 
在使用sin2ψ方法进行的测量中，所用的X射线的能量为10keV，并且衍射峰对应于Ti0.5Al0.5N的(200)面。所测衍射峰的位置是通过高斯函数拟合来确定的，并且求出2θ-sin2ψ曲线图的斜率。基于杨氏模量以及TiN的泊松比(0.19)得到应力，其中杨氏模量是使用动态硬度计(Nanoindenter，由MTS Systems公司生产)测量的。 
下述的涂层是通过阴极弧离子镀(cathode arc ion plating)而形成的，但是这些涂层也可以通过(例如)平衡或非平衡溅射而形成。 
实施例1至6以及对比例1至4 
在以下的实施例1-6中，所形成的涂层均为具有单一组成的层，但是使用其组成与这些实施例中的组成不同的涂层、或者使用由两个或多个组成不同的层所形成的涂层、或者使用其至少一部分具有超多层结构的涂层，也可以提供相似的有益效果。 
表面被涂敷的切削工具的制各 
首先，准备由下表I所示的材料形成的、并且具有下表I所示工具形状的切削用可转位刀片(基材No.1和基材No.2)，作为表面被涂敷的切削工具的基材(为下文描述的各种特性评价方法做准备)，然后将它们安装到阴极弧离子镀设备上。所述基材由硬质合金形成并包含WC晶粒，该晶粒的平均粒径(在基材表面上的(与涂层的界面处的)那些晶粒)如表I所示。 
表I 
    耐磨性能评价   抗裂性能评价
  基材编号   No.1   No.2
  基材的材料(JIS)   P20   P20
  WC晶粒的平均粒径   4μm   4μm
  工具形状   CNMG120408   CNMG120408
  工件   SCM435   SCM435(四槽)
  切削速度(m/min)   400   100
  进给量(毫米/转)   0.2   从0.2起
  切削深度(mm)   1.5   2.0
  切削液   使用   使用
随后，利用真空泵来降低所述设备的室的内部压力，并利用安装在该设备中的加热器将基材温度升高到450℃。将该室排空，直到其内部压力达到1.0×10-4Pa。 
接下来，将氩气引入该室中，以保持其内部压力为3.0Pa，将用于为基材供电的基板偏压电源(substrate bias power supply)的电压逐步提高到-1,500V，通过加热钨丝使其发射出热电子而将基材的表面清洗15分钟。之后将氩气排空。 
然后，通过以下方法形成15μm厚的Ti0.5Al0.5N层作为所要形成的与基材直接接触的涂层，所述方法为：使用合金靶(即，预先设定的金属蒸发源)，在引入氮气作为反应气体(反应气体压力为4.0Pa)的条件下，通过对阴极提供100A的弧电流而使得弧蒸发源产生金属离子，同时如下表II所示改变基板偏压和基材温度，从而制成实施例1到6和对比例1到4的表面被涂敷的切削工具，其具有如下表III所 示的累积残余应力的强度分布。 
制备对比例1的表面被涂敷的切削工具，使其在整个涂层区域内具有-3.0GPa的恒定的压应力，而不存在累积残余应力的强度分布。同样，制备对比例2的表面被涂敷的切削工具，使其在整个涂层区域内具有1.0GPa的恒定的拉应力，而不存在累积残余应力的强度分布。此外，制备对比例3和4的表面被涂敷的切削工具，使其在涂层的表面区域中具有超出-1.5GPa至1.5GPa范围的累积残余应力。 
表II 
Figure GPA00001120927000151
上表所示的时间是指：开始从合金靶蒸发出金属离子后所经历的时间。此外，各栏中的电压值表示的是与上述经过时间相对应的基板(基材)偏压。例如，“-30V至-50V”是指在该经过时间内，基板偏压以恒定的速度由-30V逐渐增加(绝对值增加)至-50V。在这种情况下，在朝向涂层表面的方向上，涂层的累积残余应力逐渐减小。另一方面，“-50V至-30V”是指在该经过时间内，基板偏压以恒定的速度从-50V逐渐降低至-30V(绝对值降低)。在这种情况下，在朝向涂层表面的方向上，涂层的累积残余应力逐渐增加。此外，各栏中的温度值显示的是与上述经过时间相对应的基材温度。例如，“500℃至600℃”是指在该经过时间内，温度以恒定的速度从500℃逐渐上升至600℃。在这种情况下，在朝向涂层表面的方向上，涂层的累积残余应力逐渐增加。另一方面，“675℃至650℃”是指在该经过时间内，温度以恒定的速度从675℃逐渐下降至650℃。在这种情况下，在朝向涂层表面的方向上，涂层的累积残余应力逐渐减小。累积残余应力的最高点与最低点出现在电压或温度从增加变为降低的改变处，或者出现在电压或温度从降低变为增加的改变处。 
因此，可以结合经过时间而改变基板偏压和温度，以改变涂层的累积残余应力(形成强度分布)。此外，随着基材温度升高，或者使基板偏压接近0V，或者使基板偏压下降到低于-200V，涂层的残余应力趋向于增加。具体来说，可以通过将基材温度提高至大于或等于650℃、或者将基板偏压增加至超过-50V、或者将基板偏压降低到低于-400V、或者将这些条件进行组合来诱导产生拉应力。 
Figure GPA00001120927000171
上表III中的标题为“表面的累积残余应力”、“A点的累积残余应力”和“B点的累积残余应力”的列中所示的值分别显示了涂层表面(为了方便起见，将厚度为0.03微米的位置假定为所述的表面，因为最外表面(0微米厚处)的应力无法测量)的累积残余应力、与图1中的A点相对应位置(即，累积残余应力最高点)的累积残余应力、与图1中的B点相对应位置(即，表面区域最深处)的累积残余应力。此外，标题为“Z1”和“Z2”(累积残余应力为零的各点，Z1表示的是：从涂层表面侧观察，该表面侧上的压应力转变为拉应力的点，Z2表示的是：从表面侧观察，该表面侧上的拉应力转变为压应力的点)的列中所示的值分别显示了距涂层表面的距离(即，显示了对应于图1中的Z1和Z2的位置)。标题为“Z1”和“Z2”的列中的空白表示没有相应的点。例如，在实施例1-3中，标题为“Z1”的列中的空白表示：从涂层表面到A点的累积残余应力基本上是恒定不变的。 
此外，在标题为“整体的累积残余应力”的列中所示的值显示了整个涂层的累积残余应力。 
由此，本发明的实施例1至6中的表面被涂敷的切削工具包括基材和在该基材上形成的涂层，该涂层是厚度大于或等于10微米的物理气相沉积层。从所述涂层的表面起算的厚度为1μm的表面区域具有其中累积残余应力为压应力的第一区域和其中累积残余应力为拉应力的第二区域，并且在所述表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。此外，还发现：在这些实施例的表面被涂敷的切削工具中，在其基材与涂层的界面区域中，该涂层所包含的晶粒与该基材所包含的WC晶粒具有共格性。 
已经发现，如此制备的本发明实施例1-6的表面被涂敷的切削工具的涂层，在涂层形成过程中没有受到破坏；而对比例1和2中的表面被涂敷的切削工具的涂层，在涂层形成过程中部分受到破坏。 
表面被涂敷的切削工具的耐磨性能的评价 
通过在上表I所示的条件下进行连续湿式切削(使用切削液(水乳液))，对如上述制备的实施例1-6和对比例1-4的表面被涂敷的切削 工具进行耐磨性能评价。通过测定切削刃的后刀面磨损(flank wear)宽度超过0.2mm的时间作为切削时间，来进行评价。 
作为表面被涂敷的切削工具的耐磨性能评价结果，下表IV示出了用上述方法测定的切削时间，其中，切削时间越长，表明耐磨性能越优。另外，在连续切削过程中，还对工件的加工表面(finished surface)是否具有光泽进行了观察，观测结果列于表IV，其中，“有光泽”(glossy)是指工件的加工表面是有光泽的，“晦暗”(cloudy)是指工件的加工表面晦暗而没有光泽。 
从表IV中显然可见，与对比例1-4中的表面被涂敷的切削工具相比，本发明实施例1-6中的表面被涂敷的切削工具的耐磨性能得到改善、并且加工表面有光泽，因而具有更高的抵抗膜破碎(在切削过程中的涂层损坏)的性能，并且这些表面被涂敷的切削工具的使用寿命也延长了。 
表面被涂敷的切削工具的抗裂性能的评价 
在下面所示的条件下，对如上述制备的实施例1-6和对比例1-4的表面被涂敷的切削工具进行抗裂性能的评价。 
具体而言，切削条件是这样的：使用如上表I所示的具有四个狭槽的SCM435圆棒(长500毫米，直径为200毫米)作为工件，进行干式车削，切削速度为100米/分钟，切削深度为2.0毫米，每转进给量从0.20毫米/转开始、在切削时间内每30秒增加0.05毫米/转，测定发生破裂时的最大进给量。 
作为表面被涂敷的切削工具的抗裂性能评价结果，下表IV示出了用上述方法测定的最大进给量，其中，最大进给量越高，表明抗裂性能越优。 
从表IV中显然可见，与对比例1-4中的表面被涂敷的切削工具相比，本发明实施例1-6中的表面被涂敷的切削工具具有更优的抗裂性能。 
表IV 
  编号   耐磨性能评价   抗裂性能评价
  实施例1   23分钟(有光泽)   0.25毫米/转
  实施例2   26分钟(有光泽)   0.23毫米/转
  实施例3   31分钟(有光泽)   0.29毫米/转
  实施例4   33分钟(有光泽)   0.33毫米/转
  实施例5   37分钟(有光泽)   0.35毫米/转
  实施例6   39分钟(有光泽)   0.38毫米/转
  对比例1   注1   注1
  对比例2   18分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例3   16分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例4   注1   注1
注1：由于在涂层形成过程中涂层在切削刃处受到破坏，所以无法进行评价。 
实施例7至12和对比例5至10 
准备两种硬质合金基材作为表面被涂敷的切削工具的基材(针对后述的每种特性评价方法各准备一个)，该硬质合金基材的组成均为WC-2TaC-0.7Cr3C2-7Co(其中数值表示重量百分比，余量为WC)，但是含有不同粒径的WC晶粒(实施例7、9和11中的WC晶粒的平均粒径为1.2μm，实施例8、10和12中的WC晶粒的平均粒径为3.5μm)。该基材被制成具有表I所示工具形状的切削用可转位刀片。这些基材被安装到阴极弧离子镀设备上。 
随后，利用真空泵来降低所述设备的室的内部压力，同时，利用安装在该设备中的加热器将基材温度升高到450℃。将该室排空，直到其内部压力达到1.0×10-4Pa。然后，将氩气引入该室中，以保持其内部压力为3.0Pa，将用于为基材供电的基板偏压电源的电压逐步提高到-1,500V，通过加热钨丝使其发射出热电子而将基材的表面清洗15分钟。之后将氩气排空。 
然后，作为所要形成的与基材直接接触的涂层，以交替地将一层沉积于另一层上的方式来沉积Ti0.95Hf0.05N层和Al0.7Cr0.3N层，各层的厚度均为10nm，由此形成超多层结构层(使得在基材上形成Ti0.95Hf0.05N层)，并在其上形成厚度为5.5μm的Ti0.95Hf0.05CN最外层。 实施例7和8的超多层结构层的厚度为5μm，实施例9和10为10μm，实施例11和12为15μm。该涂层以如下方式形成。 
具体而言，在安装合金靶(即，金属蒸发源)之后，以如下方式形成涂层：在引入氮气和甲烷气体(甲烷气体仅在形成最外层时引入)作为反应气体(反应气体压力为4.0Pa)的条件下，通过对阴极提供100A的弧电流而使得弧蒸发源产生金属离子，同时如下表V所示改变基板偏压和基材温度(在表V中，经过时间为“开始至”的表格显示了超多层结构层的形成条件)，从而制成实施例7至12的表面被涂敷的切削工具，其具有如下表VI所示的累积残余应力的强度分布。 
另外，为了比较，准备两种硬质合金基材作为基材(针对后述的每种特性评价方法各准备一个)，该硬质合金基材的组成均为WC-2TaC-0.7Cr3C2-7Co(其中数值表示重量百分比，余量为WC)，但是含有不同粒径的WC晶粒(对比例5、7和9中的WC晶粒的平均粒径为1.2μm，对比例6、8和10中的WC晶粒的平均粒径为3.5μm)，通过已知的化学气相沉积工艺在基材上形成涂层，该涂层包括：厚度为5.5μm的、作为最外层的氧化铝层、以及作为底层的TiCN层，由此制成对比例5-10的表面被涂敷的切削工具。对比例5和6中的TiCN底层的厚度为5μm，对比例7和8中的TiCN底层的厚度为10μm，对比例9和10中的TiCN底层的厚度为15μm。 
表V 
Figure GPA00001120927000221
表V及表VI沿用表II及表III的标记方式。表VI表明实施例7-12的表面被涂敷的切削工具没有与图1中的Z1和A点对应的点，从表面到与Z2对应的点之间的区域是第二区域，从与Z2对应的点到与B点对应的点之间的区域是第一区域。 
由此，本发明的实施例7至12中的表面被涂敷的切削工具包括基材和在该基材上形成的涂层，该涂层是厚度大于或等于10微米的物理气相沉积层。从所述涂层的表面起算的厚度为1μm的表面区域具有其中累积残余应力为压应力的第一区域和其中累积残余应力为拉应力的第二区域，并且在所述表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。此外，还发现：在这些实施例的表面被涂敷的切削工具中，在其基材与涂层的界面区域中，该涂层所包含的晶粒与该基材所包含的WC晶粒具有共格性。 
在与上表I所示相同的条件下，对如上述制备的实施例7至12及对比例5至10的表面被涂敷的切削工具进行耐磨性能和抗裂性能的评价。其结果如表VII所示。 
表VII 
  编号   耐磨性能评价   抗裂性能评价
  实施例7   41分钟(有光泽)   0.48毫米/转
  实施例8   32分钟(有光泽)   0.43毫米/转
  实施例9   51分钟(有光泽)   0.45毫米/转
  实施例10   44分钟(有光泽)   0.41毫米/转
  实施例11   78分钟(有光泽)   0.40毫米/转
  实施例12   59分钟(有光泽)   0.35毫米/转
  对比例5   30分钟(有光泽)   立即破裂
  对比例6   31分钟(有光泽)   立即破裂
  对比例7   29分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例8   28分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例9   24分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例10   26分钟(晦暗)   立即破裂
从表VII显然可见，在耐磨性能评价(连续切削试验)和抗裂性能评价(断续切削试验)中，与WC晶粒的平均粒径为3.5μm的实施例8、10和12中的表面被涂敷的切削工具相比，WC晶粒的平均粒径 为1.2μm的实施例7、9和11中的表面被涂敷的切削工具具有更优的耐磨性能和抗裂性能。 
除此之外，实施例11和12的表面被涂敷的切削工具(涂层总厚度为20.5μm)具有比实施例9和10的表面被涂敷的切削工具(涂层总厚度为15.5μm)更高的耐磨性能，且实施例9和10的表面被涂敷的切削工具(涂层总厚度为15.5μm)具有比实施例7和8的表面被涂敷的切削工具(涂层总厚度为10.5μm)更高的耐磨性能。然而，已经发现，与对比例5-10的表面被涂敷的切削工具相比，任何实施例的表面被涂敷的切削工具均具有更高的耐磨性能和抗裂性能。特别是，已经发现，涂层总厚度为15.5μm的实施例9和10的表面被涂敷的切削工具、以及涂层总厚度为20.5μm的实施例11和12的表面被涂敷的切削工具，与具有相同涂层厚度的对比例的表面被涂敷的切削工具相比，尤其具有更高的耐磨性能和抗裂性能。 
实施例13至15及对比例11 
表面被涂敷的切削工具的制备 
首先，准备由上表I所示的材料形成的、并且具有上表I所示工具形状的切削用可转位刀片(基材No.1和基材No.2)，作为表面被涂敷的切削工具的基材(为下文描述的各种特性评价方法做准备)，然后将它们安装到阴极弧离子镀设备上。所述基材由硬质合金形成并包含WC晶粒，该晶粒的平均粒径(在基材表面上的(与涂层的界面处的)那些晶粒)如表I所示。 
随后，利用真空泵来降低所述设备的室的内部压力，并利用安装在该设备中的加热器将基材温度升高到450℃。将该室排空，直到其内部压力达到1.0×10-4Pa。 
接下来，将氩气引入该室中，以保持其内部压力为3.0Pa，将用于为基材供电的基板偏压电源的电压逐步提高到-1,500V，通过加热钨丝使其发射出热电子而将基材的表面清洗15分钟。之后将氩气排空。 
然后，通过以下方法在基材上形成10μm厚的Ti0.5Al0.5N层作为所要形成的与基材直接接触的涂层，所述方法为：使用合金靶(即， 预先设定的金属蒸发源)，在引入氮气作为反应气体(沉积压力为4.0Pa)、基板偏压为-30V、且基材温度为550℃的条件下，通过对阴极提供100A的弧电流而使得弧蒸发源产生金属离子。 
接着，使用预设的金属钛的弧蒸发源，在Ti0.5Al0.5N层上形成同样为覆盖层的厚度为5μm的TiC0.2N0.8层。在按照1∶4的比例引入甲烷和氮气作为反应气体(沉积压力为4.0Pa)的条件下，通过对阴极提供180A的弧电流而使得弧蒸发源产生钛金属离子，同时如下表VIII所示改变基板偏压和基材温度，从而在预先形成的Ti0.5Al0.5N层上形成该TiC0.2N0.8层。就形成该TiC0.2N0.8层而言，可以在形成Ti0.5Al0.5N层之后将基材暂时从真空炉中取出，或者也可以在同一真空炉中连续形成该TiC0.2N0.8层。 
通过以上沉积操作制成实施例13-15及对比例11的表面被涂敷的切削工具，其具有如表IX所示的累积残余应力的强度分布。对比例11的表面被涂敷的切削工具在涂层中具有0.5GPa的恒定的拉应力，而不存在累积残余应力的强度分布。表IX所示的累积残余应力的强度分布涉及TiC0.2N0.8层(因此，“整体的累积残余应力”显示的是整个TiC0.2N0.8层的累积残余应力)。在实施例15中，将基板偏压从-400V增大到-600V(绝对值增大)。随着基板偏压从0V增大到-200V(绝对值增大)，TiC0.2N0.8层的累积残余应力向压应力侧移动。当基板偏压进一步增大至大于或等于-200V(绝对值增大)时，压应力减小并且向拉应力侧移动。因此，在实施例15中，通过增大基板偏压的绝对值而赋予拉应力。 
表VIII 
Figure GPA00001120927000261
Figure GPA00001120927000271
表VIII及表IX沿用表II及表III的标记方式。 
由此，本发明的实施例13至15中的表面被涂敷的切削工具包括基材和在该基材上形成的涂层，该涂层是厚度大于或等于10微米的物理气相沉积层。从所述涂层的表面起算的厚度为1μm的表面区域具有其中累积残余应力为压应力的第一区域和其中累积残余应力为拉应力的第二区域，并且在所述表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。此外，还发现：在这些实施例的表面被涂敷的切削工具中，在其基材与涂层的界面区域中，该涂层所包含的晶粒与该基材所包含的WC晶粒具有共格性。 
在与上表I所示相同的条件下，按照上文所述的方式，对如上述制备的实施例13至15及对比例11的表面被涂敷的切削工具进行耐磨性能和抗裂性能的评价。其结果如表X所示。表X沿用表IV的标记方式。 
表X 
  编号   耐磨性能评价   抗裂性能评价
  实施例13   52分钟(有光泽)   0.23毫米/转
  实施例14   45分钟(有光泽)   0.21毫米/转
  实施例15   48分钟(有光泽)   0.23毫米/转
  对比例11   19分钟(晦暗)   立即破裂
从表X显然可见，与对比例11中的表面被涂敷的切削工具相比，本发明实施例13-15中的表面被涂敷的切削工具的耐磨性能得到改善、并且加工表面有光泽，因而具有更高的抵抗膜破碎(在切削过程中的涂层损坏)的性能，并且这些表面被涂敷的切削工具的使用寿命也延长了。此外，从表X显然还可以看出，与对比例11的表面被涂敷的切削工具相比，本发明实施例13至15的表面被涂敷的切削工具具有更优的抗裂性能。 
实施例16至20及对比例12至16 
表面被涂敷的切削工具的制备 
首先，准备由上表I所示的材料形成的、并且具有上表I所示工具形状的切削用可转位刀片(基材No.1和基材No.2)，作为表面被涂敷的切削工具的基材(为下文描述的各种特性评价方法做准备)，然后将它们安装到阴极弧离子镀设备上。所述基材由硬质合金形成并包含WC晶粒，该晶粒的平均粒径(在基材表面上的(与涂层的界面处的)那些晶粒)如表I所示。 
随后，利用真空泵来降低所述设备的室的内部压力，并利用安装在该设备中的加热器将基材温度升高到450℃。将该室排空，直到其内部压力达到1.0×10-4Pa。 
接下来，将氩气引入该室中，以保持其内部压力为3.0Pa，将用于为基材供电的基板偏压电源的电压逐步提高到-1,500V，通过加热钨丝使其发射出热电子而将基材的表面清洗15分钟。之后将氩气排空。 
然后，使用合金靶(即，预先设定的金属蒸发源)，在引入氮气作为反应气体(压力为4.0Pa)、同时如表XI所示改变基板偏压及基材温度的条件下，形成分别为13μm厚的Ti0.9Ta0.1N层、Ti0.95Hf0.05N层、Ti0.95Nb0.05N层、Ti0.93Si0.07N层和TiN层作为所要形成的与基材直接接触的涂层，从而制成实施例16至20的表面被涂敷的切削工具。另一方面，在沉积压力为5Pa、基板偏压恒定且基材温度恒定的条件下，制备对比例12至16的表面被涂敷的切削工具。在实施例及对比例中，均通过向阴极提供120A的弧电流，而使弧蒸发源产生金属离子。 
这些实施例及对比例的表面被涂敷的切削工具具有如表XII所示的累积残余应力的强度分布。 
表XI 
Figure DEST_PATH_GPA00001120926400011
Figure GPA00001120927000311
表XI及表XII沿用表II及表III中的标记方式。在表XI中，“膜的类型”显示的是构成以上形成的涂层的化合物的种类。 
由此，本发明的实施例16至20中的表面被涂敷的切削工具包括基材和在该基材上形成的涂层，该涂层是厚度大于或等于10微米的物理气相沉积层。从所述涂层的表面起算的厚度为1μm的表面区域具有其中累积残余应力为压应力的第一区域和其中累积残余应力为拉应力的第二区域，并且在所述表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。此外，还发现：在这些实施例的表面被涂敷的切削工具中，在其基材与涂层的界面区域中，该涂层所包含的晶粒与该基材所包含的WC晶粒具有共格性。 
在与上表I所示相同的条件下，按照上文所述的方式，对如上述制备的实施例16至20及对比例12至16的表面被涂敷的切削工具进行耐磨性能和抗裂性能的评价。其结果如表XIII所示。表XIII沿用表IV的标记方式。 
表XIII 
  编号   耐磨性能评价   抗裂性能评价
  实施例16   34分钟(有光泽)   0.23毫米/转
  实施例17   34分钟(有光泽)   0.23毫米/转
  实施例18   28分钟(有光泽)   0.21毫米/转
  实施例19   29分钟(有光泽)   0.26毫米/转
  实施例20   23分钟(有光泽)   0.20毫米/转
  对比例12   17分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例13   16分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例14   15分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例15   17分钟(晦暗)   立即破裂
  对比例16   12分钟(晦暗)   立即破裂
从表XIII显然可见，与对比例12至16中的表面被涂敷的切削工具相比，本发明实施例16至20中的表面被涂敷的切削工具的耐磨性能得到改善、并且加工表面有光泽，因而具有更高的抵抗膜破碎(在切削过程中的涂层损坏)的性能，并且这些表面被涂敷的切削工具的 使用寿命也延长了。此外，从表XIII显然还可以看出，与对比例12至16的表面被涂敷的切削工具相比，本发明实施例16至20的表面被涂敷的切削工具具有更优的抗裂性能。 
尽管上文已对本发明的实施方案和例子进行了说明，但是上述实施方案和例子的构造可以适当组合。 
应当理解，在任何方面，本文公开的实施方案和例子都是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围由权利要求进行限定，而不是由上面的说明书限定，并且本发明的范围旨在包括在权利要求书的意义和范围内的所有修改及其等同物。 

Claims (10)

1.一种表面被涂敷的切削工具，包含基材和在该基材上形成的涂层，其中：
所述涂层是厚度大于或等于10μm的物理气相沉积层，
从所述涂层的表面起算的厚度为1μm的表面区域具有其中累积残余应力为压应力的第一区域和其中累积残余应力为拉应力的第二区域，并且
在所述表面区域内的所有区域中，所述表面区域的累积残余应力均在-1.5GPa至1.5GPa的范围内。
2.根据权利要求1所述的表面被涂敷的切削工具，其中，整个所述涂层的累积残余应力为大于或等于-1Gpa且小于0Gpa。
3.根据权利要求1所述的表面被涂敷的切削工具，其中，所述第二区域的累积残余应力为小于或等于1Gpa。
4.根据权利要求1所述的表面被涂敷的切削工具，其中，所述涂层的厚度为大于或等于15μm。
5.根据权利要求1所述的表面被涂敷的切削工具，其中，所述涂层的厚度为大于或等于20μm。
6.根据权利要求1所述的表面被涂敷的切削工具，其中，
所述涂层包括一层或多层；并且
至少一层所述涂层是由至少含有钛作为构成成分的氮化物、碳氮化物、氮氧化物、或碳氮氧化物形成的。
7.根据权利要求1所述的表面被涂敷的切削工具，其中，至少一部分所述涂层具有超多层结构，所述超多层结构是指由两种或多种性质或组成不同的层构成的100至10,000层的层叠体，其中各层分别具有数纳米至数百纳米的厚度。
8.根据权利要求1所述的表面被涂敷的切削工具，其中，
所述基材由硬质合金形成，
该硬质合金含有WC晶粒，并且
该晶粒的平均粒径为0.3μm至2.5μm。
9.根据权利要求8所述的表面被涂敷的切削工具，其中，在所述基材与所述涂层的界面区域中，所述涂层所包含的晶粒与所述基材所包含的WC晶粒具有共格性。
10.根据权利要求1所述的表面被涂敷的切削工具，其中，该表面被涂敷的切削工具用于车削加工。
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