CN102465257A - 硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在高速重切削加工中硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具。在工具基体的表面，作为(a)下部层蒸镀形成Ti化合物层、作为(b)上部层蒸镀形成具有平板多边形(包含平坦六边形)且竖长状的晶粒组织结构并含有Ti的α型Al₂O₃的表面包覆切削工具中，上部层的晶粒内，在面积比率计为60％以上的晶粒的内部，被至少一个以上的、由用∑3表示的构成原子共有晶格点形态构成的晶格界面而分割。

Description

硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具

技术领域

本发明涉及一种表面包覆切削工具(以下称为包覆工具)，其即使在伴随高发热且对刀刃作用高负荷的高速重切削条件下，进行各种钢或铸铁等的被切削材料的切削加工时，硬质包覆层也不会产生崩刀，在长期使用中发挥优异的切削性能。

背景技术

以往，公知有如下包覆工具：在由碳化钨(以下用WC表示)基硬质合金或碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷构成的基体(以下将这些统称为工具基体)的表面上，蒸镀形成由Ti化合物层构成的下部层及由α型Al₂O₃层构成的上部层作为硬质包覆层的包覆工具中，

关于上部层，使用场致发射型扫描电子显微镜和电子背散射衍射图像装置，对存在于表面研磨面的测定范围内的晶粒逐个照射电子射线，测定由六方晶系晶格构成的晶粒的构成晶体面的各个法线与所述表面研磨面的法线相交的角度，由该测定结果计算相邻晶粒的相互的晶体方位关系，计算各个构成界面的构成原子在所述晶粒相互间共有1个构成原子的晶格点(构成原子共有晶格点)的分布，用∑N+1表示在所述构成原子共有晶格点间存在N个(其中，N为刚玉型密排六方晶系的晶体结构上2以上的偶数，但从在分布频率上将N的上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24及26)不共有构成原子的晶格点的构成原子共有晶格点形态时，

在表示各∑N+1占∑N+1整体的分布比例的构成原子共有晶格点分布图中，∑3处存在最高峰，且由表示所述∑3占∑N+1整体的分布比例为60～80％的构成原子共有晶格点分布图的α型Al₂O₃层构成上部层，并且公知有该包覆工具在高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性。

并且，对于所述包覆工具，还公知有由少量含有Ti的α型(Al、Ti)₂O₃层(以下称为以往AlTiO层)构成其上部层的包覆工具(以下称为以往包覆工具)，并且，公知该以往包覆工具与所述相同，在高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性。

专利文献1：日本专利公开2006-198735号公报

专利文献2：日本专利公开2006-289556号公报

近年来切削装置的高性能化显著，另一方面强烈要求切削加工的节省劳力化和节能化、以及低成本化，随此成为，切削加工更加高速化的趋势，但现状为如下：在上述以往包覆工具中，在高速连续切削或高速断续切削中使用时，上部层具备优异的高温强度，耐冲击性优异，因此在可防止崩刀等产生这一点上优异，但是构成硬质包覆层的上部层的所述α型Al₂O₃层、所述以往AlTiO层无法满足高温强度及表面性状，因此通过伴随高热且对刀刃作用高负荷，在更高速条件下进行重切削加工时，容易产生崩刀，以此为原因，在较短的时间内达到使用寿命。

于是，本发明者们出于上述观点，特别是对于在更高速条件下的重切削加工中，硬质包覆层不会产生崩刀，而且在长期使用中可发挥优异的切削性能的上部层的结构进行了研究，结果得出如下见解。

(a)上述以往包覆工具的由以往AlTiO层构成的上部层，例如若用通常的化学蒸镀装置，进行如下操作：

作为第1阶段，在如下条件下，即

反应气体组成(容量％)：

AlCl₃：2.3～4％、

TiCl₄：0.02～0.13％、

CO₂：1～5％、

HCl：1.5～3％、

H₂S：0.05～0.2％、

H₂：剩余、

反应气氛温度：750～900℃、

反应气氛压力：6～10kPa，

在作为下部层的Ti化合物层的表面，

形成满足组成式：(Al_1-XTi_X)₂O₃、(其中，以原子比计，X：0.005～0.05)的、优选具有20～200nm(0.02～0.2μm)的平均层厚的Al-Ti复合氧化物核(以下称为AlTiO核)薄膜，

接着，以在将加热气氛变为压力：3～13kPa的氢气气氛，且将加热气氛温度升温至1100～1200℃的条件下，对所述AlTiO核薄膜实施加热处理的状态，作为第2阶段，在

反应气体组成(容量％)：

AlCl₃：2.3～4％、

TiCl₄：0.02～0.13％、

CO₂：3～8％、

HCl：1.5～3％、

H₂S：0.05～0.2％、

H₂：剩余、

反应气氛温度：1020～1050℃、

反应气氛压力：6～10kPa

的条件下进行蒸镀，则形成具有Ti成分占其与Al成分的总量的含有比例为0.005～0.05(其中为原子比)的组成的以往AlTiO层，并且，若用场致发射型扫描电子显微镜对该以往AlTiO层进行组织观察时，具有由如下晶粒构成的组织结构，如图2的(a)所示，在垂直于层厚方向的面内观察时，所述晶粒为微细的多边形，并且如图2的(b)所示，在平行于层厚方向的面内观察时，在层表面存在角锥状的凹凸，所述晶粒在层厚方向上具有竖长状(以下称为“凹凸多边形竖长状”)。

(b)另一方面，在作为硬质包覆层的下部层的Ti化合物层上用通常的化学蒸镀装置，进行如下操作：

首先，作为第1阶段，在

(甲)反应气体组成(容量％)：

AlCl₃：1～5％、

CO₂：2～6％、

HCl：1～5％、

H₂S：0.25～0.75％、

H₂：剩余、

(乙)反应气氛温度：960～1010℃、

(丙)反应气氛压力：6～10kPa

的条件下进行第1阶段的蒸镀之后，

接着，作为第2阶段，在如下条件，即

(甲)反应气体组成(容量％)：

AlCl₃：6～10％、

TiCl₄：0.05～0.6％

CO₂：4～8％、

HCl：3～5％、

H₂S：0～0.05％、

H₂：剩余、

(乙)反应气氛温度：920～1000℃、

(丙)反应气氛压力：6～10kPa，

进行蒸镀，形成由含有2～15μm平均层厚的Ti的α型氧化铝层(以下称为“改质AlTiO层”)构成的上部层，

则在该条件下形成的改质AlTiO层，具有Ti成分占该层中与Al成分的总量的含有比例满足0.002～0.01(其中为原子比)的组成。

(c)并且，使用场致发射型扫描电子显微镜对上述改质AlTiO层进行组织观察，具有由如下晶粒构成的组织结构，如图1的(a)所示，在垂直于层厚方向的面内观察时，所述晶粒为大粒径的平板多边形，并且，如图1的(b)所示，在平行于层厚方向的面内观察时，层表面几乎平坦，所述晶粒在层厚方向上具有竖长状(以下称为“平板多边形竖长状”)。

尤其形成如下组织结构：在蒸镀形成所述改质AlTiO层时，若以进一步限定的蒸镀条件(例如，将第1阶段的反应气体中的H₂S设为0.50～0.75容量％，反应气氛温度设为980～1000℃，另外，将第2阶段的反应气体中的TiCl₄设为0.05～0.2容量％，H₂S为0～0.03容量％，反应气氛温度设为960～980℃的条件)进行蒸镀，则如图1的(c)所示，在垂直于层厚方向的面内观察时，晶粒为大粒径的平坦六边形，并且，在平行于层厚方向的面内观察时，与图1的(b)所示的相同，层表面几乎平坦，晶粒在层厚方向上具有竖长状，该晶粒在垂直于层厚方向的面内占整体的35％以上的面积比例。

并且，关于该改质AlTiO层，使用场致发射型扫描电子显微镜和电子背散射衍射图像装置，对存在于表面研磨面的测定范围内的晶粒逐个照射电子射线，测定由六方晶系晶格构成的晶格面的各个法线与所述表面研磨面的法线相交的角度，

由该测定结果计算相邻晶体晶格相互的晶体方位关系，计算各个构成晶格界面的构成原子在所述晶体晶格相互间共有1个构成原子的晶格点(构成原子共有晶格点)的分布，用∑N+1表示在所述构成原子共有晶格点间存在N个(其中，N为刚玉型密排六方晶系的晶体结构上2以上的偶数，但从分布频率上将N上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24和26)不共有构成原子的晶格点的构成原子共有晶格点形态时，

如图3所示，构成改质AlTiO层的平板多边形竖长状晶粒内，以面积比率计为60％以上的所述晶粒的内部，被至少一个以上的、由用∑3表示的构成原子共有晶格点形态构成的晶格界面(以下称为∑3对应界面)分割。

(d)由以上述(b)的第1阶段及第2阶段的化学蒸镀条件(以下称为本发明条件)蒸镀形成的改质AlTiO层构成的上部层，由于其表面的晶面与垂直于该层的层厚方向的面内的晶面(例如(0001))具有相同取向，因此(在平行于层厚方向的面内观察时，)层表面形成为几乎平坦的平板状，由于其表面性状而显示优异的耐崩刀性，并且，由于平板多边形竖长状的晶粒内部的∑3对应界面的存在而提高晶粒内强度，因此与以往包覆工具的以往AlTiO层相比，具有更加优异的高温硬度、高温强度、表面性状，其结果，本发明的改质AlTiO层即便在伴有高发热的同时对刀刃部作用高负荷的高速重切削加工中，也不会产生崩刀，在长期使用中发挥优异的切削性能。

发明内容

该发明鉴于上述见解而完成，具有以下特征：

(1)一种表面包覆切削工具(包覆工具)，在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面上，蒸镀形成由下述(a)、(b)构成的硬质包覆层，其中，

(a)下部层为具有3～20μm的整体平均层厚的Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的1层或2层以上构成的Ti化合物层，

(b)上部层为具有2～15μm的平均层厚，并且具有α型的晶体结构并含有Ti的氧化铝层，其特征在于，

用场致发射型扫描电子显微镜对上述上部层进行组织观察时，具有由如下晶粒构成的组织结构，所述晶粒在垂直于层厚方向的面内为平板多边形，并且在平行于层厚方向的面内层厚方向上具有竖长状，另外，

关于该上部层，使用场致发射型扫描电子显微镜和电子背散射衍射图像装置，对存在于表面研磨面的测定范围内的晶粒逐个照射电子射线，测定由六方晶系晶格构成的晶格面的各个法线与所述表面研磨面的法线相交的角度，

由该测定结果计算相邻晶体晶格相互的晶体方位关系，计算各个构成晶格界面的构成原子在所述晶体晶格相互间共有1个构成原子的晶格点(构成原子共有晶格点)的分布，用∑N+1表示在所述构成原子共有晶格点间存在N个(其中，N为刚玉型密排六方晶系的晶体结构上2以上的偶数，但从分布频率上将N的上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24及26)不共有构成原子的晶格点的构成原子共有晶格点形态时，

构成上述上部层的晶粒内以面积比率计为60％以上的晶粒的内部，被至少一个以上的、由以∑3表示的构成原子共有晶格点形态构成的晶格界面分割。

(2)如所述(1)记载的表面包覆切削工具(包覆工具)，其中，用场致发射型扫描电子显微镜对所述上部层(b)进行组织观察时，在垂直于层厚方向的面内为平坦六边形，并且在平行于层厚方向的面内在层厚方向上具有竖长状的晶粒，在垂直于层厚方向的面内占整体的35％以上的面积比例。

下面对于本发明的包覆工具的硬质包覆层的结构层进行更详细地说明。

(a)下部层(Ti化合物层)

由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层、和碳氮氧化物层中的1层或2层以上构成的Ti化合物层，除了作为硬质包覆层的下部层存在，且通过自身具有的优异的高温强度有助于提高硬质包覆层的高温强度之外，还牢固地密合于工具基体和改质AlTiO层中任意一个，因此具有提高对硬质包覆层的工具基体的接合强度的作用，但是，如果其平均层厚不到3μm，则无法充分发挥所述作用，另一方面，如果其平均层厚超过20μm，则尤其在伴有高热产生的高速切削中容易引起热塑性变形，这会成为偏磨损的原因，因此将其平均层厚规定为3～20μm。

(b)上部层(改质AlTiO层)

关于由在下部层上化学蒸镀的改质AlTiO层构成的上部层，由于其构成成分的Al成分提高层的高温硬度和耐热性，并且在层中微量(以其占与Al的总量的比例计，Ti/(Al+Ti)为0.002～0.01(其中为原子比))含有的Ti成分提高改质AlTiO层的晶体晶界强度，有助于提高高温强度，但是，如果Ti成分的含有比例不到0.002，则无法期待上述作用，另一方面，如果Ti成分的含有比例超过0.01，则由于层中析出TiO₂粒子，晶界强度下降，因此，Ti成分占其与Al的总量的含有比例(Ti/(Al+Ti)的比值)优选为0.002～0.01(其中为原子比)。

而且，上述改质AlTiO层，例如可通过如下调整蒸镀时的反应气体组成、反应气氛温度和反应气氛压力的各化学蒸镀条件而蒸镀形成。

即，首先，在下述条件下，进行约1小时的第1阶段的蒸镀，

(甲)反应气体组成(容量％)：

AlCl₃：1～5％、

CO₂：2～6％、

HCl：1～5％、

H₂S：0.25～0.75％、

H₂：剩余、

(乙)反应气氛温度：960～1010℃、

(丙)反应气氛压力：6～10kPa，

接着，在下述条件下进行第2阶段的蒸镀，

(甲)反应气体组成(容量％)：

AlCl₃：6～10％、

TiCl₄：0.05～0.6％

CO₂：4～8％、

HCl：3～5％、

H₂S：0～0.05％、

H₂：剩余、

(乙)反应气氛温度：920～1000℃、

(丙)反应气氛压力：6～10kPa，

由此，如果成膜2～15μm的平均层厚的蒸镀层，则可形成Ti/(Al+Ti)的比值以原子比计为0.002～0.01的改质AlTiO层。

并且，关于上述改质AlTiO层，用场致发射型扫描电子显微镜进行组织观察时，形成由如下晶粒构成的组织结构：如图1的(a)所示，在垂直于层厚方向的面内观察时，所述晶粒为大晶体粒径的平板多边形，并且，如图1的(b)所示，在平行于层厚方向的面内观察时，层表面几乎平坦，且在层厚方向上具有竖长状(平板多边形竖长状晶粒)，由于改质AlTiO层的该层表面的平坦性，与在表面存在凹凸的以往AlTiO层相比，耐崩刀性更加提高。

尤其形成如下组织结构：在所述改质AlTiO层的蒸镀中，若以进一步限定的条件(例如，将第1阶段的反应气体中的H₂S设为0.50～0.75容量％，反应气氛温度设为980～1000℃，另外，将第2阶段的反应气体中的TiCl₄设为0.05～0.2容量％，H₂S设为0～0.03容量％，反应气氛温度设为960～980℃的条件)进行蒸镀，则如图1的(c)所示，在垂直于层厚方向的面内观察时，晶粒为大粒径的平坦六边形，并且，在平行于层厚方向的面内观察时，与图1的(b)所示的相同，层表面几乎平坦，晶粒在层厚方向上具有竖长状，该晶粒在垂直于层厚方向的面内占整体的35％以上的面积比例。

另外，在以往AlTiO层中，其表面的晶面具有与垂直于该层的层厚方向的面内的晶面(例如(0001))不同的取向(例如，具有(1-102))，因此，(在平行于层厚方向的面内观察时)如图2的(b)所示，层表面存在角锥状的凹凸，为此，耐崩刀性变差。

进一步，关于该改质AlTiO层，使用场致发射型扫描电子显微镜和电子背散射衍射图像装置，对存在于表面研磨面的测定范围内的晶粒逐个照射电子射线，测定由六方晶系晶格构成的晶格面的各个法线与所述表面研磨面的法线相交的角度，

由该测定结果计算相邻晶体晶格相互的晶体方位关系，计算各个构成晶格界面的构成原子在所述晶体晶格相互间共有1个构成原子的晶格点(构成原子共有晶格点)的分布，用∑N+1表示在所述构成原子共有晶格点间存在N个(其中，N为刚玉型密排六方晶系的晶体结构上2以上的偶数，但从分布频率上将N的上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24及26)不共有构成原子的晶格点的构成原子共有晶格点形态时，

如图1的(c)所示，可知构成改质AlTiO层的上述平板多边形(包括平坦六边形)竖长状晶粒内以面积比率计为60％以上的晶粒的内部，被至少一个以上的、∑3对应界面分割。

而且，在改质AlTiO层的平板多边形(包括平坦六边形)竖长状晶粒的内部，存在上述∑3对应界面，由此可谋求晶粒内强度的提高，其结果，在高速重切削加工时，可抑制改质AlTiO层中产生裂缝，另外，即便产生裂缝，也可以阻碍裂缝的扩大、传播，可谋求耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性的提高。

因此，由在平板多边形(包括平坦六边形)竖长状晶粒的内部存在∑3对应界面，且具备表面平坦的表面性状的改质AlTiO层构成的本发明的上部层，即便在伴有各种钢或铸铁等高发热且对刀刃部作用高负荷的高速重切削加工中，也不会产生崩刀、缺损、剥离等，长期发挥优异的切削性能。

但是，如果由改质AlTiO层构成的上部层的层厚不到2μm，则无法充分发挥上述上部层的优异的特性，另一方面，如果上部层的层厚超过15μm，则容易产生成为偏磨损原因的热塑性变形，还容易产生崩刀，因此，将上部层的平均层厚规定为2～15μm。

另外，对于硬质包覆层的上部层由以往AlTiO层构成的以往包覆工具，使用场致发射型扫描电子显微镜、电子背散射衍射图像装置，考察上部层的晶粒的组织结构和构成原子共有晶格点形态，结果关于晶粒的组织结构，具有如图2的(a)、(b)所示的角锥状的凹凸，具有由多边形竖长状的晶粒构成的组织结构，因此与改质AlTiO层相比，耐磨性不充分。

另外，就晶粒的构成原子共有晶格点形态而言，构成以往AlTiO层的凹凸多边形竖长状晶粒的内部中存在∑3对应界面的晶粒的面积比例小至40％以下，无法谋求晶粒内强度的提高。

因此，由以往AlTiO层构成硬质包覆层的上部层的以往包覆工具，在伴随高发热的同时对刀刃部作用高负荷的高速重切削加工中，对于防止发生崩刀、缺损、剥离等是无法满足的。

发明效果

如上所述，本发明的包覆工具，关于构成上部层的改质AlTiO层设为由具备表面平坦性的平板多边形(包括平坦六边形)竖长状的晶粒构成的组织结构，另外，在上述晶粒内部形成∑3对应界面并强化了晶粒内强度，由此与由凹凸多边形竖长状的晶粒构成且将晶粒内∑3对应界面少的以往AlTiO层作为上部层的以往包覆工具相比，除了以往AlTiO层具有的高温硬度、耐热性，还兼具更加优异的高温强度和更加优异的耐磨性，其结果，在伴随高发热的同时对刀刃部作用高负荷的高速重切削条件下切削加工各种钢或铸铁等时，硬质包覆层也可以发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性，可进一步延长使用寿命。

附图说明

图1的(a)是对于本发明包覆工具1～9、12、14、15的由改质AlTiO层构成的上部层，在垂直于层厚方向的面内使用场致发射型扫描电子显微镜观察而得到的表示平板多边形的晶粒组织结构的示意图，(b)是同样地在平行于层厚方向的面内使用场致发射型扫描电子显微镜观察而得到的表示层表面几乎平坦且在层厚方向上具有竖长状的晶粒组织结构的示意图，(c)是对于本发明包覆工具10、11、13的由改质AlTiO层构成的上部层，在垂直于层厚方向的面内使用场致发射型扫描电子显微镜观察而得到的表示平坦六边形的晶粒组织结构的示意图。

图2的(a)是对于以往包覆工具1～15的由以往AlTiO层构成的上部层，在垂直于层厚方向的面内使用场致发射型扫描电子显微镜观察而得到的表示多边形的晶粒组织结构的示意图，(b)是同样地在平行于层厚方向的面内使用场致发射型扫描电子显微镜观察而得到的表示层表面具有角锥状的凹凸且在层厚方向上具有竖长状的晶粒组织结构的示意图。

图3是对于本发明包覆工具1～9、12、14、15的由改质AlTiO层构成的上部层，使用场致发射型扫描电子显微镜和电子背散射衍射图像装置测定的在垂直于层厚方向的面内的晶界分析图，实线表示用场致发射型扫描电子显微镜观察的平板多边形的晶界，虚线表示通过电子背散射衍射图像装置测定的∑3对应界面。

具体实施方式

接着，通过实施例更具体地说明本发明的包覆工具。

[实施例]

作为原料粉末，准备均具有2～4μm平均粒径的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr₃C₂粉末、TiN粉末、TaN粉末及Co粉末，将这些原料粉末配合成表1所示的配合组成，并且加入石蜡在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥之后，以98MPa的压力挤压成型为预定形状的压坯，在5Pa的真空中，在1370～1470℃范围内的预定温度中保持1小时的条件下真空烧结该压坯，烧结之后对刀刃部施加R：0.07mm的珩磨加工，由此分别制造具有ISO·CNMG120408规定的可转位刀片形状的WC基硬质合金制工具基体A～E。

另外，作为原料粉末，准备均具有0.5～2μm平均粒径的TiCN(以质量比计，为TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo₂C粉末，ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末，将这些原料粉末配合成表2所示的配合组成，用球磨机进行24小时湿式混合，干燥之后，以98MPa的压力挤压成型为压坯，在1.3kPa的氮气气氛中，在以温度：1540℃中保持1小时的条件下烧结该压坯，烧结之后对刀刃部施加R：0.07mm的珩磨加工，由此形成具有ISO规格·CNMG120408的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制工具基体a～e。

接着，将这些工具基体A～E及工具基体a～e分别装入通常化学蒸镀装置中，首先按表3(表3中的1-TiCN表示日本专利公开平6-8010号公报中记载的具有纵向生长晶体组织的TiCN层的形成条件，除此以外表示通常的粒状晶体组织的形成条件)所示的条件，以表6所示的组合及目标层厚蒸镀形成Ti化合物层作为硬质包覆层的下部层。

接着，根据表4所示的蒸镀条件，同样蒸镀形成表6所示的目标层厚的改质AlTiO层作为硬质包覆层的上部层，由此分别制造本发明包覆工具1～15。

另外，以比较的目的，在与本发明包覆工具1～15相同条件下蒸镀形成下部层之后，在表5所示的条件下，以表7所示的组合及目标层厚形成以往AlTiO层作为硬质包覆层的上部层，由此分别制造以往包覆工具1～15。

接着，对于构成上述本发明包覆工具1～15及以往包覆工具1～15的硬质包覆层的上部层的改质AlTiO层及以往AlTiO层，使用场致发射型扫描电子显微镜、电子背散射衍射图像装置，考察晶粒组织结构及构成原子共有晶格点形态。

即，首先，对上述本发明包覆工具1～15的改质AlTiO层及以往包覆工具1～15的以往AlTiO层，使用场致发射型扫描电子显微镜观察，结果在本发明包覆工具中观察到图1的(a)、(b)中代表性地显示的平板多边形(包括平坦六边形)且竖长状的大粒径的晶粒组织结构(另外，图1的(a)是在垂直于层厚方向的面内观察到的本发明包覆工具1～9、12、14、15的组织结构示意图，而且图1的(c)是在垂直于层厚方向的面内观察到的本发明包覆工具10、11、13的、平坦六边形且竖长状的大粒径晶粒组织结构示意图)。

另一方面，在以往包覆工具中，如图2的(a)、(b)中代表性地显示，观察到多边形且竖长状的晶粒组织，但是，各晶粒的粒径比本发明的小，且从图2的(b)也可以明显看出，层表面形成有角锥状的凹凸(另外，图2的(a)、(b)是以往包覆工具1～15的组织结构示意图)。

接着，对于上述本发明包覆工具1～15的改质AlTiO层及以往包覆工具1～15的以往AlTiO层，测定构成各层的晶粒的内部存在∑3对应界面的晶粒的面积比例。

首先，对于上述本发明包覆工具1～15的改质AlTiO层，在将其表面设为研磨面的状态下，安装在场致发射型扫描电子显微镜的镜筒内，对所述表面研磨面，以1nA的照射电流以70度的入射角照射15kV的加速电压的电子射线，并向各个所述表面研磨面的测定范围内存在的具有六方晶系晶格的晶粒分别照射电子射线，使用电子背散射衍射图像装置，对30×50μm的区域以0.1μm/step的间隔，测定所述晶粒的各晶格面的各法线与所述表面研磨面的法线相交的角度，由该测定结果计算相邻晶体晶格相互的晶体方位关系，计算各个构成晶格界面的构成原子在所述晶体晶格相互间共有1个构成原子的晶格点(构成原子共有晶格点)的分布，用∑N+1表示在所述构成原子共有晶格点间存在N个(其中，N为刚玉型密排六方晶系的晶体结构上2以上的偶数，但从分布频率上将N的上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24及26)不共有构成原子的晶格点的构成原子共有晶格点形态时，求出改质AlTiO层的测定范围内存在的所有晶粒中，在晶粒内部存在至少一个以上的∑3对应界面的晶粒的面积比率，将其值示于表6。

接着，对于以往包覆工具1～15的以往AlTiO层，也通过与本发明包覆工具的情况相同的方法，求出以往AlTiO层的测定范围内存在的所有晶粒中，在晶粒内部存在至少一个以上的∑3对应界面的晶粒的面积比例，将其值示于表7。

如表6、表7所示，在本发明包覆工具的改质A1TiO层中，∑3对应界面所存在的晶粒的面积比率为60％以上，与此相对，在以往包覆工具的以往AlTiO层中，∑3对应界面所存在的晶粒的面积比率为40％以下，可知在晶粒内部∑3对应界面的存在率非常小。

另外，使用扫描型电子显微镜测定(纵截面测定)本发明包覆工具1～15及以往包覆工具1～15的硬质包覆层的结构层的厚度，结果均显示了与目标层厚实际上相同的平均层厚(测定5点的平均值)。

另外，对于本发明包覆工具10、11、13的改质AlTiO层，使用场致发射型扫描电子显微镜，求出垂直于层厚方向的面内存在的大粒径平坦六边形晶粒的面积比例，将其值示于表6。

另外，本发明所说的“大粒径的平坦六边形”的晶粒定义为“计量通过场致发射型扫描电子显微镜观察的垂直于层厚方向的面内存在的粒子的直径，10个粒子的平均值为3～8μm，具有6个顶点的角度为100～140°的顶角的多边形。”

接着，对于上述本发明包覆工具1～15及以往包覆工具1～15的各种包覆工具，均在工具钢制车刀的前端部用固定夹具拧紧的状态下进行以下试验，

[切削条件A]

被切削材料：JIS·S35C的圆棒、

切削速度：450m/min、

吃刀深度：2.5mm、

给料速度：0.7mm/rev、

切削时间：8分钟，

在上述条件下进行碳素钢的干式高速高给料速度的切削试验(通常的切削速度和给料速度分别是250m/min、0.3mm/rev)；

[切削条件B]

被切削材料：JIS·SCM430的圆棒、

切削速度：320m/min、

吃刀深度：2.2mm、

给料速度：0.3mm/rev、

切削时间：5分钟，

在上述条件下进行铬钼合金钢的干式高速高吃刀深度的切削试验(通常的切削速度及吃刀深度分别为250m/min、1.5mm)；

[切削条件C]

被切削材料：JIS·FC300的圆棒、

切削速度：545m/min、

吃刀深度：5.6mm、

给料速度：0.6mm/rev、

切削时间：5分钟，

在上述条件下进行铸铁的湿式高速高吃刀深度的切削试验(通常的切削速度及吃刀深度分别为350m/min、2.5mm)，

在所有的切削试验中都测定刀刃后刀面的磨损宽度。将该测定结果示于表8。

表6

(下部层栏的括号内数字表示目标层厚)

表7

表8

以往包覆工具的切削试验结果表示以崩刀或后刀面磨损(寿命判定基准：后刀面磨损宽度0.5mm)为原因而达到寿命的切削时间(分钟)。

另外，栏中的*符号表示崩刀为原因而达到寿命的情况。

由表6～8所示的结果明确了如下内容：本发明的包覆工具，其构成上部层的含Ti的氧化铝层(改质AlTiO层)作为平板多边形(平坦多边形)竖长状的晶粒的组织结构而构成，而且晶粒内部存在至少一个以上的∑3对应界面的晶粒的面积比率高，由此，除了以往包覆工具的以往AlTiO层所具有的高温硬度、高温强度、耐热性，还兼具更加优异的表面平坦性和更加优异的高温强度，其结果，在伴有高发热的同时对刀刃部作用高负荷的高速重切削条件下的切削加工中使用各种钢或铸铁等时，硬质包覆层也可以发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性，可进一步延长使用寿命，与此相对，在蒸镀形成以往AlTiO层作为硬质包覆层的上部层的以往包覆工具1～15中，在高速重切削条件下，高温强度不充分，同时容易促进磨损，其结果在较短时间内达到使用寿命。

工业实用性

如上所述，本发明的包覆工具，不用说在各种钢或铸铁等的通常条件下的切削加工，尤其在伴有高发热的同时对刀刃部作用高负荷的高速重切削加工中，硬质包覆层也显示出优异的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性，在长期使用中可发挥优异的切削性能，因此，可充分满足地应对切削装置的高性能化以及切削加工的节省劳力化和节能化、以及低成本化。

Claims (2)

1.一种表面包覆切削工具，是在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面上，蒸镀形成由下述(a)、(b)构成的硬质包覆层的表面包覆切削工具，其中，

(a)下部层，为具有3～20μm的整体平均层厚的由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的1层或2层以上构成的Ti化合物层，

(b)上部层，为具有2～15μm的平均层厚，并且具有α型的晶体结构并含有Ti的氧化铝层，其特征在于，

用场致发射型扫描电子显微镜对上述上部层进行组织观察时，具有由如下晶粒构成的组织结构，所述晶粒在垂直于层厚方向的面内为平板多边形，并且在平行于层厚方向的面内在层厚方向上具有竖长状，另外，

关于该上部层，使用场致发射型扫描电子显微镜和电子背散射衍射图像装置，对存在于表面研磨面的测定范围内的晶粒逐个照射电子射线，测定由六方晶系晶格构成的晶格面的各个法线与所述表面研磨面的法线相交的角度，

由该测定结果计算相邻晶体晶格相互的晶体方位关系，计算各个构成晶格界面的构成原子在所述晶体晶格相互间共有1个构成原子的晶格点即构成原子共有晶格点的分布，用∑N+1表示在所述构成原子共有晶格点间存在N个不共有构成原子的晶格点的构成原子共有晶格点形态时，

构成上述上部层的晶粒内以面积比率计为60％以上的晶粒的内部，被至少一个以上的、由以∑3表示的构成原子共有晶格点形态构成的晶格界面分割，

其中所述N为刚玉型密排六方晶系的晶体结构上2以上的偶数，但从分布频率上将N的上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24及26。

2.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，其中，用场致发射型扫描电子显微镜对所述上部层(b)进行组织观察时，在垂直于层厚方向的面内为平坦六边形，并且在平行于层厚方向的面内在层厚方向上具有竖长状的晶粒，在垂直于层厚方向的面内占整体的35％以上的面积比例。

Images