CN102883840B

CN102883840B - 表面被覆切削工具

Info

Publication number: CN102883840B
Application number: CN201180016264.0A
Authority: CN
Inventors: 金冈秀明; 冈田吉生; 小岛周子; 阿侬萨克·帕索斯; 岩井惠里香; 森本浩之
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: KR20130019378A; US20130101365A1; JP5839289B2; EP2708299A4; EP2708299A1; WO2012153437A1; US8945707B2; JPWO2012153437A1; EP2708299B1; CN102883840A; KR101503128B1

Abstract

本发明提供了一种表面被覆切削工具（10），其在基材（1）和覆盖层（2）间具有优异的粘结强度和耐磨性。本发明的表面被覆切削工具（10）的特征为：在基材（1）的表面中从a’点到b’点间的10μm的区域内，具有2至7条宽度不大于200nm的裂纹，或者在基材（1）的表面中从a’点到b’点间的每10μm长度内存在2至10个孔，其中点a’和点b’分别为从点a和点b垂直延伸至基材（1）的表面上的点，其中点a为在前刀面（3）方向上与刃棱线（5）间的距离为La的位置，点b为在后刀面（4）方向上与刃棱线（5）间的距离为Lb的位置；该孔为这样的空腔，在朝向基材（1）与覆盖层（2）间的界面的方向上，该空腔直径逐渐减小，并且孔在界面中的直径为0.08μm至3μm。

Description

表面被覆切削工具

技术领域

本发明涉及表面被覆切削工具，其包括基材和形成于基材上的覆盖层。

背景技术

硬质合金通常被用于钢和铸铁的切削。硬质合金为WC-Co合金，或者其中添加有Ti、Ta或Nb的碳氮化物的WC-Co合金。然而硬质合金存在这样的问题：在切削过程中，切削工具的切削刃的温度会升至800℃以上的高温，这会造成切削刃因切削过程中的热量而发生塑性变形，并且更易于使后刀面磨损程度增加。

因此，为了改进切削工具在高温条件下的切削特性，使用了被覆切削工具，该被覆切削工具由上述硬质合金基材和形成于硬质合金基材表面的覆盖层形成。所述覆盖层是由元素周期表中第IVa族金属的碳化物、氮化物或碳氮化物（如TiC、TiN或TiCN等），或硬质陶瓷（如Al₂O₃）形成的单层或复合层构成。这些覆盖层通过化学气相沉积（例如CVD）或者物理气相沉积（例如离子电镀或者离子溅射）的方法形成。由CVD法等形成的覆盖层的优点是，该覆盖层对硬质合金基材的粘结强度很高，并且具有非常优异的耐磨性。

同时，CVD是在大约1000℃的高温状态下沉积覆盖层，因此，当所沉积的覆盖层冷却至室温时，由于硬质合金基材和覆盖层之间的热膨胀系数的差异，导致拉伸应力残留于覆盖层中。因此，切削加工时，如果覆盖层表面产生裂纹，那么拉伸应力会导致裂纹蔓延，结果造成覆盖层脱落或者崩裂。需要注意的是，硬质合金基材的热膨胀系数为大约5.1×10^-6K^-1，并且由TiN制成的覆盖层的热膨胀系数为大约9.2×10^-6K^-1。另外，由TiC制成的覆盖层的热膨胀系数为大约7.6×10^-6K^-1，并且由Al₂O₃制成的覆盖层的热膨胀系数为大约8.5×10^-6 K^-1。

近年来，由于对更高的切削速度和更高的切削效率的需求，覆盖层趋于变厚。因此需要进一步提高硬质合金基材和覆盖层之间的粘结强度。目前常用的切削工具的覆盖层厚度为大约几微米至十几微米。尽管耐磨性随着覆盖层厚度的增加而得以提高，但是覆盖层厚度过大可能使工具更易发生异常损坏，或者由热膨胀系数的差异而造成的拉伸应力很可能使切削工具更易发生异常损坏。如果覆盖层因此从基材上剥离，那么将发生异常磨损，从而缩短切削工具的寿命，或者使耐断裂性劣化。

还尝试了在基材被机械抛光后对切削刃进行珩磨，由此提升耐断裂性。然而，如果基材的表面经过抛光，则在硬质相之间的界面或者硬质相和结合相之间的界面上会出现裂纹，或者会粘附抛光屑，从而使覆盖层的粘结强度劣化。覆盖层从基材上剥离将导致切削工具的意外断裂并缩短切削工具的寿命。

鉴于以上情况，进行了各种尝试以改进覆盖层的粘结强度。例如，根据日本专利公开No.2000-212743（PTL 1），在基材的表面上进行电解抛光取代机械抛光，从而消除因机械抛光而造成的硬质相颗粒的破裂，并且提高覆盖层对基材的粘结强度。

日本专利公开No.2008-238392（PTL 2）公开了一种控制覆盖层晶体生长方向的技术，根据该技术在毛刷抛光后进行喷丸处理，从而使基材表面的硬质相部分变光滑，然后将结合相部分去除以形成凹部。这样所形成的覆盖层可以控制覆盖层中柱状结构晶体的生长方向，并且提高覆盖层的韧性。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本专利公开No.2000-212743

PTL 2：日本专利公开No.2008-238392

发明内容

技术问题

然而，PTL1中所公开的表面被覆切削工具存在这样的问题，在高速加工和高效加工中进行断续切削时，其粘结强度低。在将PTL2中所公开的表面被覆切削工具用于高速加工和高效加工中的断续切削时，切削加工中的应力会集中在通过除去部分结合相而形成的凹部处。由此会导致这样的问题，即：会发生不规则的磨损、耐耐磨性有可能劣化，并且可能会发生意外的断裂。当将切削工具用于在高速加工和高效加工中的断续切削时，切削工具通常会发生上述这些问题。其中，尤其是在将切削工具用于施加断续负荷的应用(例如，沟槽材料的铣削或者加工)中，特别容易发生上述各问题。

鉴于上述现状完成了本发明，本发明的目的是提供一种表面被覆切削工具，其在基材和覆盖层之间具有优异的粘结强度，并且具有优异的耐磨性或耐断裂性。

解决问题的手段

本发明的表面被覆切削工具包括基材以及形成于基材上的覆盖层。所述基材具有硬质相以及将硬质相彼此结合在一起的结合相。所述覆盖层由单层或者多层构成。在沿平面切割得到的所述表面被覆切削工具的横截面中，La小于0.2mm并且Lb小于0.1mm，其中点a为在前刀面方向上与刃棱线间的距离为La的位置，点b为在后刀面方向上与刃棱线间的距离为Lb的位置，其中所述平面包含位于所述前刀面中心处的所述覆盖层的表面的法线、以及两个所述后刀面相交处的几何棱；并且在所述基材的表面中从a’点到b’点之间的10μm的区域内，具有2至7条宽度不大于200nm的裂纹，或者在所述基材的表面中从所述a’点到所述b’点之间的每10μm长度内存在2至10个孔，其中所述点a’为从所述点a垂直延伸至所述基材的表面上的点，所述点b’为从所述点b垂直延伸至所述基材的表面上的点。所述孔为这样的空腔，在朝向所述基材与所述覆盖层之间的界面的方向上，该空腔的直径逐渐减小，并且所述孔在所述界面中的直径为0.08μm至3μm。

上述La优选为小于0.1mm，并且上述Lb优选为小于0.05mm。优选的是，在所述基材的表面中从a’点到b’点之间的10μm的区域内，具有3至5条裂纹。优选的是，所述基材的表面中从所述a’点到所述b’点之间的每10μm长度内存在2至6个孔。

优选的是，覆盖层由这样的化合物形成，该化合物为选自由元素周期表中的第IVa族元素、第Va族元素、第VIa族元素、Al和Si组成的组中的至少一种元素和选自由碳、氮、氧和硼组成的组中的至少一种元素所形成的化合物。优选的是，覆盖层的厚度为大于或等于3μm且小于或等于30μm。

优选的是，硬质相由碳化钨、以及选自由元素周期表中的第IVa族元素、第Va族元素或第VIa族元素的碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物形成，或者硬质相由碳化钨形成。所述结合相优选由选自由铁、钴和镍组成的组中的至少一种元素形成。

本发明的有益效果

本发明的表面被覆切削工具以上述方式进行构造，从而显示出基材和覆盖层之间的优异的粘结强度，并且显示出优异的耐磨性或耐断裂性。

附图简要说明

图1为在沿平面切割本发明表面被覆切削工具得到的所述表面被覆切削工具的刃棱线部分及其周边部分的示意性截面图，其中该平面包含位于前刀面中心处的覆盖层的表面的法线、以及两个后刀面相交处的几何棱。

图2示出了本发明的表面被覆切削工具的刃棱线部分及其周边的显微照片。

图3示出了本发明的表面被覆切削工具的刃棱线部分及其周边的显微照片。

具体实施方式

<表面被覆切削工具>

本发明的表面被覆切削工具包括基材和形成于基材表面上的覆盖层。具有这种结构的本发明的表面被覆切削工具可以有利地用作（例如）钻削、端铣、铣削、加工、曲轴销铣等的可转位刀片。然而，本发明的表面被覆切削工具并不局限于这些用途和形状。本发明的表面被覆切削工具特别适用于施加断续负荷的切削加工（例如沟槽材料的铣削和加工）。

<基材>

作为本发明的表面被覆切削工具的基材，可以使用任何已知用于这种切削工具的常规已知基材，而对其没有特别的限制。例如，这种基材的例子可为：硬质合金（例如，包括WC基硬质合金，含有WC和Co的硬质合金，以及含有WC和Co并额外含有Ti、Ta、Nb等的碳氮化物的硬质合金）、金属陶瓷（含有TiC、TiN、TiCN等作为主要成分）、高速钢、陶瓷（例如碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝及其混合物）、立方氮化硼烧结体和金刚石烧结体等。

本发明的基材优选具有这样的结构，该结构包括：由硬质化合物形成的多个硬质相（其通常形成为基质）以及用以将该硬质相彼此结合在一起的的结合相，本发明的基材更加优选为通过烧结（例如）硬质化合物金属碳化物粉末而制成的硬质合金。

此处，上述硬质相优选由（例如）至少一种化合物和碳化钨构成。所述至少一种化合物是指元素周期表中属于第IVa族元素、第Va族元素和第VIa族元素中的至少一种元素的碳化物、氮化物和碳氮化物所构成的组中的至少一种化合物。或者，硬质相优选仅为碳化钨。所述元素周期表中属于第IVa族元素、第Va族元素和第VIa族元素中的至少一种元素的碳化物、氮化物和碳氮化物所构成的组中的至少一种化合物的具体例子可以为TiC、TiN、TaC、NbC、ZrCN、Cr₃C₂、ZrC、ZrN、TiCN等。对于所述化合物与碳化钨的含量比例没有特别的限制。在两种或者更多种上述化合物混合的情况下，对于所述化合物之间的含量比例也没有特别的限制。对于这些比例，可以使用常规已知的所述各含量之间的比例。需要注意的是，硬质相可以由金属陶瓷等取代以上所列举的硬质化合物而制成。

由上述化合物形成的硬质相坚硬且耐磨性优异，并且即使在高温条件下其硬度也不易于降低。因此适合用作本发明的表面被覆切削工具的基材的材料。

结合相起到将硬质相彼此结合在一起的功能，并且优选由选自由铁族金属（即，铁、钴和镍）所构成的组中的至少一种元素形成。由铁系元素制成的结合相具有使由金属碳化物制成的硬质相之间的结合力增强的性质。需要注意的是，在硬质相由金属陶瓷制成的情况下，结合相优选为钴、镍、或者钴和镍的合金。

关于本发明，在将硬质合金用作基材的情况下，即使硬质合金的结构中包含游离碳或者被称为η相的异常相，本发明依然可显示出其效果。需要注意的是，可对用于本发明的基材的表面进行改性。例如，在为硬质合金的情况下，可以在其表面中形成脱β层（β-free layer）。在为金属陶瓷的情况下，可以形成表面硬化层。即使经过这种表面改性，也可显示出本发明的效果。

<覆盖层>

本发明的覆盖层由单层或者多层形成。即，覆盖层可以为单层或者为由多层构成的复合层。在基材的表面上形成这样的覆盖层以改善耐磨性。特别是，由单层形成的覆盖层提供这样的效果：层之间的界面的数目得以减少，并且耐崩裂性得到提高。

本发明的覆盖层包括下列实施方案：覆盖层覆盖基材的全部表面的实施方案；局部未形成覆盖层的实施方案；以及在表面被覆切削工具的特定部分，覆盖层的层叠方式不同的实施方案。

对于本发明的覆盖层没有特别的限制，可以使用具有常规已知组成的覆盖层。优选的是，覆盖层由（例如）硬质陶瓷形成，特别是由选自由元素周期表中第IVa族元素、第Va族元素、第VIa族元素、Al和Si所构成的组中的至少一种元素和选自由碳、氮、氧和硼所构成的组中的至少一种元素所形成的化合物而形成。由此耐磨性可以得到进一步提高。

这种化合物的具体例子可以为选自由元素周期表中的IVa族元素、第Va族元素、第VIa族元素、Al和Si所构成的组中的至少一种元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、碳氧化物、碳氧氮化物、硼氮化物和硼碳氮化物构成的组中的至少一种化合物。所述化合物的具体例子可以为TiC、TiCN、TiN、TiSiN、TiSiCN、TiCNO、TiHfN、TiNbN、TiTaN、TiAlN、TiAlCrN、TiAlSiN、TiAlSiCrN、TiBN、TiAlBN、TiSiBN、TiBCN、TiAlBCN、TiSiBCN、CrN、AlN、AlCrN、Al₂O₃、ZrN、ZrCN、ZrO₂、VN、TiO₂等。特别适合使用TiC、TiN、TiCN或者Al₂O₃。

这样的覆盖层的厚度优选为大于或等于3μm并且小于或等于30μm（在覆盖层由多层构成的情况下，该范围为覆盖层整体的厚度），更优选为大于或等于7μm并且小于或等于23μm。该厚度可以为3μm以上，由此提供提高覆盖层的耐磨性的效果。随着覆盖层厚度的增加，耐磨性得以进一步提高。相反，覆盖层的厚度可以为30μm以下，由此确保覆盖层的耐断裂性。

<刃棱线部分的特征>

图1为在沿平面切割本发明表面被覆切削工具得到的所述表面被覆切削工具的刃棱线部分及其周边部分的示意性截面图，其中该平面包含位于前刀面中心处的覆盖层的表面的法线、以及两个后刀面相交处的几何棱。本发明的表面被覆切削工具包括基材1和形成于上述基材1上的覆盖层2。

如图1所示，在沿平面切割得到的所述表面被覆切削工具的横截面中，La小于0.2mm并且Lb小于0.1mm，其中点a为在前刀面方向上与刃棱线5间的距离为La的位置，点b为在后刀面方向上与刃棱线5间的距离为Lb的位置，其中所述平面包含位于所述前刀面3中心处的所述覆盖层2的表面的法线、以及两个所述后刀面4相交处的几何棱；并且在所述基材1的表面中从a’点到b’点之间的10μm的区域内，具有2至7条宽度不大于200nm的裂纹，其中所述点a’为从所述点a垂直延伸至所述基材1的表面上的点，所述点b’为从所述点b垂直延伸至所述基材1的表面上的点。由于基材表面中存在这些宽度极小的裂纹，因此与基材1邻接的覆盖层2的表面面积增大，从而使覆层的粘结力由于锚定效应（anchoring effect）而增加。因此，在通过覆盖层提高耐磨性的同时，可以防止由于覆盖层的脱落而造成的断裂，并且可以获得同时具有优异的耐磨性和耐断裂性的表面被覆切削工具。优选的是，在基材1的表面中的10μm的区域内，上述裂纹的数目为3至5条。

由于宽度小于20nm的裂纹不能充分提供上述锚定效应，因此上述裂纹的宽度优选为20nm以上。裂纹的宽度更优选为大于或等于50nm并且小于或等于100nm。如果裂纹的宽度大于200nm，则在硬质相之间的界面处、或者在硬质相和结合相之间的界面处，裂纹会扩大或者会粘附抛光屑，从而造成覆盖层的粘结强度劣化，因此这种情况是不优选。如果宽度为200nm以下的裂纹的数目为1以下，则不能获得充分的锚定效应，从而降低粘结强度。裂纹数目为8以上可能促使裂纹融合在一起，从而造成意外的断裂。裂纹的深度优选为大于或等于0.02μm且小于或等于10μm，并且更优选为大于或等于0.05μm且小于或等于6μm。如果裂纹的深度小于0.02μm，则该裂纹可能不会有助于锚定效应。如果裂纹的深度大于10μm，则很可能发生由于裂纹而引起的断裂。

另外，根据本发明，在所述基材的表面中从所述a’点到所述b’点之间的每10μm长度内存在2至10个孔。所述孔为这样的空腔，在朝向所述基材与所述覆盖层之间的界面的方向上，该空腔的直径逐渐减小。所述孔在所述界面中的直径为0.08μm至3μm。这种孔的数目优选为2个至6个。由于在基材表面中存在这种直径极小的孔，即使在切削加工中裂开的裂纹发生扩大，裂纹上的应力集中也得以减轻，由此可提高韧性。因此，在提高覆盖层耐磨性的同时，可防止因覆盖层脱落而造成的断裂，并且可获得同时具有优异的耐磨性和耐断裂性的表面被覆切削工具。尽管本发明的特征在于，在所述基材的表面中从所述a’点到所述b’点之间的每任意10μm长度的区域内包含2至10个孔，但是优选的是，基材的表面中所有10μm长度的区域均包含2至10个孔。需要注意的是，本发明的“孔”不仅包括在朝向所述基材与所述覆盖层之间的界面的方向上直径逐渐减小的空腔，而且还包括在朝向所述基材与所述覆盖层之间的界面的方向上具有均一直径的空腔。关于“裂纹”，“裂纹”表示在从基材内部到基材和覆盖层之间的界面的方向上，直径逐渐增大的空腔。

如果孔的直径小于0.08μm，则该孔无法表现出减轻裂纹上的应力集中的功能，并且耐断裂性劣化。如果孔的直径大于3μm，则覆盖层的粘结强度减小，由此可能造成意外的断裂。在每10μm长度区域中的孔的数目为1以下的情况中，切削加工中所裂开的裂纹的扩大无法得到抑制，从而可能造成耐断裂性的劣化。如果每10μm长度的区域中存在11个以上的孔，则覆盖层的粘结力减小，从而可能会造成覆盖层的脱落。另外，孔的深度优选为大于或等于0.01μm且小于或等于10μm，并且更优选为大于或等于0.05μm且小于或等于5μm。如果孔的深度小于0.01μm，则孔无法表现出抑制裂纹扩大的效果。如果孔的深度大于10μm，则覆盖层的粘结强度降低，因此是不优选的。

此处，本文中的“刃棱线”以及“刃棱线部分”是指彼此不同的概念。“刃棱线”是指在本发明的表面被覆切削工具10(其具有在基材1上形成有被覆层2)的横截面中，前刀面3和后刀面4相交处的几何刃。然而，实际上这种几何刃是通过珩磨处理加工而成的，实际上并不存在。因此，如图1所示，在本发明中，前刀面3以及后刀面4在横截面中都近似于直线，将这两条直线延长线的交点看作切削刃棱线5。与“刃棱线”不同的是，“刃棱线部分”是在切削过程中与工件切削关系最密切的部分之一，其指的是上述刃棱线5的边缘部分。根据本发明，刃棱线部分(本发明中可简称为“切削刃“)为如下所定义的区域。即，前刀面3以及后刀面4在横截面中近似为直线时，将在珩磨处理时这些直线发生弯曲处的点之间的区域(即，被覆层2上从前刀面3的拐点至后刀面相交处的拐点之间的区域)看做切削刃棱线部分。需要注意的是，尽管上述点a和点b优选为分别对应于前刀面3的拐点以及后刀面4的拐点，然而，即使在点a和点b不与这两个拐点对应的情况，也在本发明范围内。

关于上述限定的平面，“前刀面中心”是指几何意义上的前刀面中心。当在前刀面中心部分形成用于安装表面被覆切削工具的穿孔时，“前刀面中心”是指假设未形成穿孔时几何意义上的前刀面中心。此外，“两个后刀面相交处的几何刃”指的是两个后刀面相交处的几何刃。然而，当刃棱线未形成明显的几何刃时，则该术语指的是两个后刀面的几何延长面相交处的假定的几何刃。需要注意的是，当表面被覆切削工具具有两个以上这样的平面时，选取其中任意一个平面。

另外，根据本发明，如图1所示，La小于0.2mm，并且Lb小于0.1mm，其中，在横截面中覆盖层2的表面处，在前刀面3方向上与刃棱线5间的距离为La的位置定义为点a，将在后刀面4方向上与刃棱线5间的距离为Lb的位置定义为点b。因此切削刃中与切削关系最密切的部分的强度可得到增强。因而，在提高覆盖层的耐磨性的同时，可防止覆盖层发生脱落或者崩裂，因此可以获得优异的耐磨性和优异的耐断裂性。

在上面所定义的La为0.2mm以上，或者上面所定义的Lb为0.1mm以上的情况下，覆盖层和基材之间的粘结力降低。因此，该La更优选为小于0.1mm，并且该Lb更优选为小于0.05mm。

<制造方法>

例如，可根据如下方式制备本发明的表面被覆切削工具。首先制作基材，该基材包括由硬质化合物构成的多个硬质相、以及将该硬质相相互间结合在一起的结合相。随后利用刷子或塑料介质对基材中与刃棱线部分相对应的部分进行珩磨处理。在珩磨处理之后，还可利用喷丸使由氧化铝制成的介质与基材发生撞击。可进行这种喷丸，以在覆盖层中产生预裂纹（pre-crack），该预裂纹用于形成宽度为200nm以下的裂纹；或者在基材的表面上形成核，该核用于形成直径为0.08μm至3μm的孔。关于喷丸处理，为了顺利产生细小的裂纹，优选使用由硬度相对较高的材料制成的介质，由（例如）SiC、TiC、金刚石等制成的介质是适合的。鉴于喷丸处理易于产生用于形成孔的核，并且对基材造成的损害较小，因此优选使用由硬度相对较低的材料构成的介质，（例如）由氧化铝、氧化锆等构成的材料是适合的。

随后，将基材浸入醇液体中，并对基材表面施加超声波。当超声波频率设置为25kHz时，超声波的输出功率优选调节为300W至600W，并且处理时间优选为5分钟至15分钟。通过在这些条件下进行超声波处理，使在基材表面的10μm的区域内形成2至7条宽度为200nm以下的裂纹，从而提高基材和覆盖层之间的粘结强度。需要注意的是，在基材1的表面中不仅可以存在上述裂纹，还可以存在细孔，这没有超出本发明的范围，并且仍会显示出本发明的效果。

相反，如果不进行上述超声波处理，在基材表面则不能形成200nm以下的裂纹，并且不能提高基材和覆盖层之间的粘结强度。另外，如果超声波的输出功率小于300W或者超声波处理时间小于5分钟，则在基材表面的10μm的区域内形成的裂纹的数目为1以下，并且不能获得足够的所期望的锚定效应。如果超声波的输出功率大于600W或者超声波处理时间长于15分钟，则在基材表面形成的裂纹的数目大于8条，因此耐断裂性可能会劣化。

可以将超声波的输出功率调节为600W至900W，并且将超声波的频率设置为25kHz来进行处理，处理时间为大约10分钟至30分钟。通过在这些条件下进行超声波处理，使得在基材的表面上形成直径为0.08μm至3μm的孔，从而提高了基材和覆盖层之间的粘结强度。需要注意的是，在基材1的表面中不仅可以存在上述孔，还可以存在宽度为200nm以下的裂纹，这并没有超出本发明的范围。相反，如果未进行超声波处理，则在基材的表面中不能形成上述孔，因此不能提高基材和覆盖层之间的粘结强度以及耐断裂性。

然后，在基材的表面上形成覆盖层。例如，在置于温度为800℃以上且1100℃以下的室内的基材上，通过诸如CVD法之类的气相合成法形成覆盖层（当使用中温(MT)法时，温度为800℃以上且1050℃以下）。尤其是，通过CVD法形成的覆盖层对基材具有优异的粘结力，因此，被覆层可具有大的厚度以及更高的耐磨性。可使用物理气相沉积法（例如，离子镀法或离子溅射法）来取代CVD法。

[实施例]

下面结合实施例对本发明进行更详细的说明。但是本发明并不局限于这些实施例。

<实施例1>

准备形状符合日本工业标准（JIS）中JIS B 4120(1998) CNMG120408的切削工具形状的硬质合金基材作为基材。关于该基材，每种样品A1至A6都准备三个基材，即总共准备了18个基材。基材的组成由89.0质量%的WC、8.0质量%的Co以及3.0质量%的TiC构成。

然后，利用SiC刷等对基材的刃棱线进行珩磨处理。随后在经过珩磨处理各样品（样品A2除外）的基材上，利用SiC介质进行喷丸处理。与之不同的是，在样品A2的基材上未进行喷丸处理。随后，将各样品（A1除外）浸入醇液体中，并施加频率为25KHz、输出功率为400W的超声波5分钟至20分钟。接下来，通过CVD法在基材表面上形成覆盖层。首先形成厚度为1.0μm的TiN，以使其接触基材表面，然后在TiN上依次形成厚度为10.0μm的MT（中温）-TiCN、厚度为1.0μm的TiN、厚度为4.0μm的Al₂O₃以及厚度为1.5μm的TiN。

这样便获得了各样品（表面被覆切削工具），沿平面对各样品中的一个表面被覆切削工具进行切割，并对所得的截面进行机械抛光，所述平面包括前刀面中心处覆盖层表面的法线和两个后刀面相交处的几何棱。然后，用扫描电子显微镜在10000的倍率下观察暴露为抛光表面的界面和界面附近，并计算抛光表面中基材表面中所存在的裂纹的数目，并测量裂纹宽度，其中所述界面为基材与覆盖层彼此邻接处的界面。结果如表1所示。在表1中，“裂纹宽度”示出了对宽度为10nm以上的裂纹在10处位置进行测量后，所得测量值的平均值，“裂纹密度”栏示出了基材表面中10μm的区域内宽度为10nm至200nm的裂纹的数目。

在余下的未经切割的表面被覆切削工具中，使用每种样品中的一个表面被覆切削工具，在以下条件下对耐磨性进行评价。另外，在余下的未经切割的表面被覆切削工具中，使用每种样品中的一个表面被覆切削工具，在以下条件进行耐断裂性（耐崩裂性）评价。结果如表1所示。需要注意的是，对耐断裂性的评价是通过测量崩裂或者断裂前所经过的时间（冲击时间）来进行的。

<耐磨性评价>

工件：SCM435(JIS)

切削速度：300m/分钟

进给速度：0.3mm/转

切削深度：1.5mm

切削油：湿式

切削时间：20分钟

评价：测量后刀面磨损量（磨损量的数值越小表示耐磨性越高）

<耐断裂性评价>

工件：SCM435(JIS)，沟槽材料

切削速度：330m/分钟

进给速度：0.25mm/转

切削深度：1.5mm

切削油：湿式

评价：崩裂或者断裂前所经过的时间（时间越长表示耐断裂性越高）

[表1]

图2示出了样品A3的表面被覆切削工具的上述横截面的显微照片（在使用扫描电子显微镜放大10000倍的条件下获得）。

在表1中，样品A3至A5为实施例，样品A1、A2和A6为对比例。从表1中明显看出，关于本发明实施例的样品A3至A5，尽管其后刀面磨损量与样品A1和A2基本上相同，但是发生崩裂或者崩裂前所经过的时间（表1中的“冲击时间”）明显长于样品A1和 A2。相反，与样品A3和A5相比，样品A6具有更大的后刀面磨损量和更短的冲击时间。因此，由以上结果证实了本发明的表面被覆切削工具同时具有优异的耐磨性和耐断裂性。

<实施例2>

准备形状符合日本工业标准（JIS）中JIS B 4120(1998)CNMG120408的切削工具形状的硬质合金基材作为基材。关于该基材，每种样品B1至B6都准备三个基材，即总共准备了18个基材，下面将对各样品进行描述。基材的组成由88.0重量%的WC、5.0重量%的Co、3.0重量%的TiC、2.0重量%的TaC以及2.0重量%的NbC构成。

然后，利用SiC刷等对基材的刃棱线进行珩磨处理。随后在经过珩磨处理的各样品（样品B2除外）的基材上，利用SiC介质进行喷丸处理。与之不同的是，在样品B2的基材上未进行喷丸处理。随后，将各样品浸入醇液体中，并施加频率为25KHz、输出功率为200W至700W的超声波10分钟。接下来，在该基材表面上形成覆盖层。通过CVD法，由如下方式形成该覆盖层：首先形成厚度为0.5μm的TiN，以使其接触基材表面，然后在TiN上依次形成厚度为10.0μm的MT-TiCN、厚度为1.0μm的TiBN、厚度为6.0μm的Al₂O₃以及厚度为1.5μm的TiN。

这样便获得了各样品（表面被覆切削工具），沿平面对各样品中的一个表面被覆切削工具进行切割，并对所得的截面进行机械抛光，所述平面包括前刀面中心处覆盖层表面的法线和两个后刀面相交处的几何棱。然后，用扫描电子显微镜在10000的倍率下观察暴露为抛光表面的截面中的覆盖层，并计算抛光表面中所存在的裂纹的数目，并测量裂纹宽度。结果如表2所示。在表2中，“裂纹宽度”示出了对宽度为10nm以上的裂纹在10处位置进行测量后，所得测量值的平均值，“裂纹密度”栏示出了基材表面中10μm的区域内宽度为10nm至200nm的裂纹的数目。

在余下的未经切割的表面被覆切削工具中，使用每种样品中的一个表面被覆切削工具，在与实施例1相同的条件下对耐磨性进行评价。另外，在余下的未经切割的表面被覆切削工具中，使用每种样品中的一个表面被覆切削工具，在与实施例1相同的条件下进行耐断裂性（耐崩裂性）评价。结果如表2所示。

[表2]

在表2中，样品B3至B5为实施例，样品B1、B2和B6为对比例。从表2中明显看出，关于本发明实施例的样品B3至B5，尽管其后刀面磨损量与样品B1和B2基本上相同，但是发生崩裂或者断裂前所经过的时间（表2中的“冲击时间”）明显长于样品B1和B2。相反，与样品B3和B5相比，样品B6具有更大的后刀面磨损量和更短的冲击时间。因此，上述结果证实，本发明的表面被覆切削工具同时具有优异的耐磨性和耐断裂性。

<实施例3>

准备形状符合日本工业标准（JIS）中JIS B 4120(1998)CNMG120408的切削工具形状的硬质合金基材作为基材。关于该基材，每种样品C1至C6都准备三个基材，即总共准备了18个基材，下面将对各样品进行描述。基材的组成由89.0质量%的WC、8.0质量%的Co和3.0质量%的TiC构成。

然后，利用SiC刷等对基材的刃棱线进行珩磨处理。随后在经过珩磨处理的各样品（样品C2除外）的基材上，利用SiC介质进行喷丸处理。与之不同的是，在样品C2的基材上未进行喷丸处理。随后，将各样品（C1除外）浸入醇液体中，并施加频率为25KHz、输出功率为700 W的超声波0至35分钟。接下来，通过CVD法在该基材表面上形成覆盖层。

这样便获得了各样品（表面被覆切削工具），沿平面对各样品中的一个表面被覆切削工具进行切割，并对所得的截面进行机械抛光，所述平面包括前刀面中心处覆盖层表面的法线和两个后刀面相交处的几何棱。然后，用扫描电子显微镜在10000的倍率下观察暴露为抛光表面的界面和界面附近，并测量抛光表面中基材表面中所存在的孔的直径，并计算孔的数目，其中所述界面为基材与覆盖层彼此邻接处的界面。结果如表3所示。在表3中，“孔径”示出了所测量的10个孔径的平均值，“孔密度”示出了基材表面中10μm长度的区域内的孔的数目。图3示出了样品C3的表面被覆切削工具的上述横截面的显微照片（在使用扫描电子显微镜放大10000倍的条件下获得）。

在余下的未经切割的表面被覆切削工具中，使用每种样品中的一个表面被覆切削工具，在如下条件下对耐磨性进行评价。另外，在余下的未经切割的表面被覆切削工具中，使用每种样品中的一个表面被覆切削工具，在如下条件下进行耐断裂性（耐崩裂性）评价。结果如表3所示。需要注意的是，对耐断裂性的评价是通过测量崩裂或者断裂前所经过的时间（冲击时间）来进行的。

<耐磨性评价>

工件：SCM435(JIS)

切削速度：300m/分钟

进给速度：0.3mm/转

切削深度：1.5mm

切削油：干式

切削时间：20分钟

<耐断裂性评价>

工件：SCM435(JIS)，沟槽材料

切削速度：300m/分钟

进给速度：0.25mm/转

切削深度：1.5mm

切削油：湿式

[表3]

在表3中，样品C3至C5为实施例，样品C1、C2和C6为对比例。从表3中明显看出，关于本发明实施例的样品C3至C5，尽管其后刀面磨损量与样品C1和C2基本上相同，但是发生崩裂或者断裂前所经过的时间（表3中的“冲击时间”）明显长于样品C1和C2。相反，与样品C3和C5相比，样品C6具有更大的后刀面磨损量和更短的冲击时间。因此，由以上结果证实了本发明的表面被覆切削工具同时具有优异的耐磨性和耐断裂性。

<实施例4>

准备形状符合日本工业标准（JIS）中JIS B 4120(1998)CNMG120408的切削工具形状的硬质合金基材作为基材。关于该基材，每种样品D1至D6都准备三个基材，即总共准备了18个基材，下面将对各样品进行描述。基材的组成由88.0重量%的WC、5.0重量%的Co、3.0重量%的TiC、2.0重量%的TaC以及2.0重量%NbC构成。

然后，利用SiC刷等对基材的刃棱线进行珩磨处理。随后在经过珩磨处理的各样品（样品D2除外）的基材上，利用氧化铝介质进行喷丸处理。与之不同的是，在样品D2的基材上未进行喷丸处理。随后，将各样品浸入醇液体中，并施加频率为25KHz、输出功率为500W至1000W的超声波15分钟。接下来，通过CVD法在该基材表面上形成覆盖层。覆盖层由以下方式沉积得到：首先形成厚度为0.5μm的TiN，以使其接触基材表面，然后在TiN上依次形成厚度为10.0μm的MT-TiCN、厚度为1.0μm的TiBN、厚度为6.0μm的Al₂O₃以及厚度为1.5μm的TiN。

这样便获得了各样品（表面被覆切削工具），沿平面对各样品中的一个表面被覆切削工具进行切割，并对所得的截面进行机械抛光，所述平面包括前刀面中心处覆盖层表面的法线和两个后刀面相交处的几何棱。然后，用扫描电子显微镜在10000的倍率下观察暴露为抛光表面的截面中的覆盖层，并计算抛光面的表面中所存在的孔的数目，另外测量孔的直径。结果如表4所示。在表4中，“孔径”示出了所测量的10个孔径的平均值，“孔密度”示出了基材表面中10μm长度的区域内的孔的数目。

在余下的未经切割的表面被覆切削工具中，使用每种样品中的一个表面被覆切削工具，在与实施例3相同的条件下对耐磨性进行评价。另外，在余下的未经切割的表面被覆切削工具中，使用每种样品中的一个表面被覆切削工具，在与实施例3相同的条件下进行耐断裂性（耐崩裂性）评价。结果如表4所示。

[表4]

在表4中，样品D3至D5为实施例，样品D1、D2和D6为对比例。从表4中明显看出，关于本发明实施例的样品D3至D5，尽管其后刀面磨损量与样品D1和D2基本上相同，但是发生崩裂或者断裂前所经过的时间（表4中的“冲击时间”）明显长于样品D1和D2。相反，与样品D3和D5相比，样品D6具有更大的后刀面磨损量和更短的冲击时间。因此，由以上结果证实了本发明的表面被覆切削工具同时具有优异的耐磨性和耐断裂性。

尽管已经对本发明的实施方案和实施例进行了描述，但是最初构想也包括这些实施方案和实施例的构成要件的适当组合。

应当理解，通过举例的方式示出了上述实施方案和实施例，在各方面都不是对本发明的限制。本发明的范围通过所附权利要求进行限定，而不是由前述说明书限定。因此，意图将所有落入权利要求范围内的变型及其等同形式都包含在权利要求中。

工业实用性

本发明的表面被覆切削工具适合用于施加断续负荷的切削加工，例如沟槽材料的铣削或加工。

参考标记列表

1基材；2覆盖层；3前刀面；4后刀面；5刃棱线；10表面被覆切削工具

Claims

1.一种表面被覆切削工具(10)，包括：基材(1)和形成于该基材(1)上的覆盖层(2)，

所述基材(1)具有硬质相以及将该硬质相彼此结合在一起的结合相，

所述覆盖层(2)由单层或者多层形成，

其特征在于，

在沿平面切割得到的所述表面被覆切削工具(10)的横截面中，La小于0.2mm并且Lb小于0.1mm，其中点a为在前刀面(3)方向上与刃棱线(5)间的距离为La的位置，点b为在后刀面(4)方向上与刃棱线(5)间的距离为Lb的位置，其中所述平面包含位于所述前刀面(3)中心处的所述覆盖层(2)的表面的法线、以及两个所述后刀面(4)相交处的几何棱；并且在所述基材(1)的表面中从a’点到b’点之间的10μm的区域内，具有2至7条宽度不大于200nm的裂纹，或者在所述基材(1)的表面中从所述a’点到所述b’点之间的每10μm长度内存在2至10个孔，其中所述点a’为从所述点a垂直延伸至所述基材(1)的表面上的点，所述点b’为从所述点b垂直延伸至所述基材(1)的表面上的点，并且

所述孔为这样的空腔，在朝向所述基材(1)与所述覆盖层(2)之间的界面的方向上，该空腔的直径逐渐减小，并且所述孔在所述界面中的直径为0.08μm至3μm。

2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中所述La小于0.1mm。

3.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中所述Lb小于0.05mm。

4.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中在所述基材(1)的表面中从所述点a’到所述点b’之间的10μm的区域内，具有3至5条所述裂纹。

5.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中在所述基材(1)的表面中从所述点a’到所述点b’之间的每10μm长度的区域内，存在2至6个孔。

6.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中所述覆盖层(2)由这样的化合物形成，该化合物为选自由元素周期表中的第IVa族元素、第Va族元素、第VIa族元素、Al和Si组成的组中的至少一种元素和选自由碳、氮、氧和硼组成的组中的至少一种元素所形成的化合物。

7.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中所述覆盖层(2)的厚度为大于或等于3μm且小于或等于30μm。

8.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中所述硬质相由碳化钨、以及选自由元素周期表中的第IVa族元素、第Va族元素或第VIa族元素的碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物形成。

9.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中所述硬质相由碳化钨形成。

10.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具(10)，其中所述结合相由选自由铁、钴和镍组成的组中的至少一种元素形成。