CN109513972B

CN109513972B - 被覆钻头

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Publication number: CN109513972B
Application number: CN201811033200.1A
Authority: CN
Inventors: 片桐隆雄
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2020-07-17
Anticipated expiration: 2038-09-05
Also published as: JP6642836B2; JP2019051581A; US20190084052A1; US10583494B2; EP3456867A1; CN109513972A; EP3456867B1

Abstract

本发明提供一种包含基材、和形成于基材上的被覆层的被覆钻头，其具备横刃部和边缘部，在横刃部和边缘部中的被覆层具有由第1复合氮化物层和第2复合氮化物层交替地层叠而成的交替层叠结构，第1复合氮化物层含有具有下述式(1)：(Al_1‑xCr_x)N(1)(式中，x表示Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比，并满足0.10≦x≦0.60)表示的组成的化合物，第2复合氮化物层含有具有下述式(2)：(Ti_1‑ySi_y)N(2)(式中，y表示Si元素相对Ti元素和Si元素的总量的原子比，并满足0.05≦y≦0.30)表示的组成的化合物，横刃部中第1复合氮化物层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比C_Cr和边缘部中第1复合氮化物层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比M_Cr满足下述式(A)：C_Cr＞M_Cr(A)表示的条件。

Description

被覆钻头

技术领域

本发明涉及一种被覆钻头。

背景技术

以往，在钢、铸铁、不锈钢、耐热合金等的切削加工中，如在由硬质合金、金属陶瓷、cBN等构成的基材表面包含1层或2层以上的TiN膜、TiAlN膜等硬质被覆膜的被覆钻头一般的表面被覆切削工具被广泛地使用。

例如，在专利文献1中提出了一种工具，该工具在由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢、或高速钢制造而成的主体上交替地层叠TiSiN层和AlCrN层，且各层厚度为0.5nm～15nm。

专利文献

专利文献1：日本专利特表2015-530270号公报

发明内容

在近年来的切削加工中，高速化日益显著，人们谋求被覆钻头的耐磨性以及耐缺损性与以往相比进一步提高。特别是在以高速进行加工的切削条件下，横刃部的被覆层提早地发生磨损。该磨损会导致横刃部有发生缺损的倾向。这成为诱因，导致工具寿命无法延长。针对这种问题，人们寻求进一步提高如专利文献1所记载的被覆切削工具(特别是被覆钻头)的耐磨性以及耐缺损性。

本发明是为了解决这些问题而完成的，其目的在于提供一种通过具有优异的耐磨性以及耐缺损性，从而可延长工具寿命的被覆钻头。

本发明人对被覆钻头的工具寿命的延长反复进行了研究，发现通过对被覆层的层结构和组成进行改良，进而，使形成于横刃部的被覆层的特定的原子比、和形成于边缘部的被覆层的特定的原子比满足指定的关系，能够提高耐磨性以及耐缺损性，其结果为，能够延长被覆钻头的工具寿命，从而完成了本发明。

即，本发明的主旨如下所述。

(1)一种被覆钻头，其包含基材、和形成于上述基材上的被覆层，

上述被覆钻头具备横刃部和边缘部，

在上述横刃部以及上述边缘部中的上述被覆层具有由第1复合氮化物层和第2复合氮化物层交替地层叠而成的交替层叠结构，

上述第1复合氮化物层含有具有下述式(1)：

(Al_1-xCr_x)N (1)

(式中，x表示Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比，并满足0.10≦x≦0.60。)

所表示的组成的化合物，

上述第2复合氮化物层含有具有下述式(2)：

(Ti_1-ySi_y)N (2)

(式中，y表示Si元素相对Ti元素和Si元素的总量的原子比，并满足0.05≦y≦0.30。)

所表示的组成的化合物，

上述横刃部中的上述第1复合氮化物层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比C_Cr、和上述边缘部中的上述第1复合氮化物层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比M_Cr满足下述式(A)：

C_Cr＞M_Cr (A)

所表示的条件。

(2)如(1)所述的被覆钻头，其中，上述C_Cr和上述M_Cr满足下述式(B)：

0.01≦C_Cr-M_Cr≦0.10 (B)

所表示的条件。

(3)如(1)或(2)所述的被覆钻头，其中，

上述第1复合氮化物层的每一层的平均厚度为70nm以上300nm以下，上述第2复合氮化物层的每一层的平均厚度为70nm以上300nm以下。

(4)如(1)～(3)中任一项所述的被覆钻头，其中，

在上述第2复合氮化物层中，X射线衍射中的(200)面的半峰宽为0.4°以上1.0°以下。

(5)如(1)～(4)中任一项所述的被覆钻头，其中，

上述交替层叠结构的平均厚度为1.5μm以上12.0μm以下。

(6)如(1)～(5)中任一项所述的被覆钻头，其中，

上述被覆层在上述基材和上述交替层叠结构之间具有下部层，

上述下部层为由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物的单层或层叠体，

上述下部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

(7)如(1)～(6)中任一项所述的被覆钻头，其中，

上述被覆层在上述交替层叠结构的表面具有上部层，

上述上部层为由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物的单层或层叠体，

上述上部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

(8)如(1)～(7)中任一项所述的被覆钻头，其中，

上述被覆层整体的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。

(9)如(1)～(8)中任一项所述的被覆钻头，其中，

上述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体中的任一种。

本发明的被覆钻头，通过具有优异的耐磨性以及耐缺损性，从而可延长工具寿命。

附图说明

图1为一般的整体钻头的主视图。

图2为图1所示的整体钻头的一部分的侧面图。

图3为在图2所示的一部分的侧面图中由虚线P所包围的部分的放大图。

图4为表示本发明的被覆钻头的一个例子的模式图。

具体实施方式

下面，对用于实施本发明的方式(以下，简称为“本实施方式”。)进行详细说明，但本发明不限定于下述本实施方式。本发明在不脱离其主旨的范围内可进行各种各样的变形。

本实施方式的被覆钻头包含基材、和形成于基材上的被覆层，上述被覆钻头具备横刃部和边缘部，在上述横刃部以及上述边缘部中的上述被覆层具有由第1复合氮化物层和第2复合氮化物层交替地层叠而成的交替层叠结构，

上述第1复合氮化物层含有具有下述式(1)：

(Al_1-xCr_x)N (1)

所表示的组成的化合物，

上述第2复合氮化物层含有具有下述式(2)：

(Ti_1-ySi_y)N (2)

所表示的组成的化合物，

C_Cr＞M_Cr (A)

所表示的条件。

本实施方式的被覆钻头通过具备上述的结构，使耐磨性以及耐缺损性得以提高，其结果为，可延长被覆钻头的工具寿命。本实施方式的被覆钻头的耐磨性提高的主要原因被认为有如下方面。但是，本发明不受以下主要原因的限制。即，首先，本实施方式的被覆钻头，在上述式(1)中，通过使Cr元素的原子比x为0.10以上，能够抑制形成耐磨性较差的六方晶的Al的氮化物，进而通过使Cr元素的原子比x为0.60以下，能够抑制形成耐磨性较差的Cr的氮化物，基于该原因，耐磨性提高。此外，本实施方式的被覆钻头，在上述式(2)中，通过使Si元素的原子比y为0.05以上，硬度提高，进而通过使Si元素的原子比y为0.30以下，能够抑制形成耐磨性较差的无定形相，基于该原因，耐磨性提高。进而，本实施方式的被覆钻头，通过满足上述式(A)所表示的条件，横刃部的摩擦磨损系数降低，基于该原因，特别地使横刃部的耐磨性提高，进而边缘部在高温下的硬度提高，基于该原因，特别地使边缘部的耐磨性提高。而且，认为通过组合这些结构，本实施方式的被覆钻头的耐磨性显著地提高，特别是在横刃部以及边缘部中，耐磨性显著地提高。另一方面，本实施方式的被覆钻头的耐缺损性提高的主要原因被认为有如下方面。但是，本发明不受以下主要原因的限制。即，首先，本实施方式的被覆钻头，在上述式(1)中，通过使Cr元素的原子比x为0.60以下，组织微细化，基于该原因，能够抑制第1复合氮化物层的残余应力下降，使粘着性优异，其结果为，耐缺损性优异。此外，本实施方式的被覆钻头，在上述式(2)中，通过使Si元素的原子比y为0.30以下，不定形相的形成被抑制且均质微粒进行组织化，基于该原因，能够抑制第1复合氮化物层的残余应力下降，使粘着性优异，其结果为，耐缺损性优异。而且，认为通过组合这些结构，本实施方式的被覆钻头的耐缺损性显著地提高，特别是在横刃部以及边缘部中，耐缺损性显著地提高。

本实施方式的被覆钻头，至少在横刃部和边缘部形成被覆层即可，但也可在其他的部位(例如，切削刃棱线部的一部分或者全部)形成被覆层。

本实施方式所使用的基材，例如也可具有具备横刃部和边缘部的钻头状的形态。本说明书中提及的“钻头状的形态”是指，在一般的钻头(例如，整体钻头以及刀头更换式钻头)中，接触被切削材料、并至少具有对被切削材料进行切削的部位(切削部位)的形态，也可仅为切削部位的形态。在此，在刀头更换式钻头中，可装卸地保持于钻头保持件(保持部)的钻头头部(drill head)相当于切削部位。

图1～图3表示一般的整体钻头(钻头)。该钻头100具有对被切削材料进行切削的切削部位1、和对该切削部位1进行保持的保持部2。该切削部位1的切削刃的前端部分形成有一对前端切削刃棱3、第1后刀面4、第2后刀面6、于第2后刀面6开口的油孔5、以及经过十字修磨7的横刃8。此外，如图2以及图3所示，切削部位1的外周方向形成有一对的螺旋槽9，前端切削刃棱3的外周形成有边缘部10。

作为基材，可列举硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体、以及高速钢。在它们当中，如果基材为选自由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷以及立方晶氮化硼烧结体组成的群组中的一种以上，则耐缺损性更加优异，故进一步优选。

在本实施方式的被覆钻头中，如果被覆层整体的平均厚度为1.5μm以上，则耐磨性趋于进一步提高。另一方面，在本实施方式的被覆钻头中，如果被覆层整体的平均厚度为15.0μm以下，则耐缺损性趋于进一步提高。因此，被覆层整体的平均厚度优选为1.5μm以上15.0μm以下。其中，从与上述相同的观点出发，如果被覆层整体的平均厚度为2.0μm以上10.0μm以下则更为优选，如果为3.0μm以上9.0μm以下则进一步优选。

本实施方式所使用的被覆层具有将组成不同的2种或3种以上的层交替地层叠而成的交替层叠结构。该交替层叠结构中的至少1层包含以下说明的指定的层(以下，称为“第1复合氮化物层”。)。本实施方式所使用的第1复合氮化物层含有具有下述式(1)：

(Al_1-xCr_x)N (1)

所表示的组成的化合物。在本实施方式中所使用的第1复合氮化物层中，具有上述式(1)所表示的组成的化合物优选为包含立方晶、或立方晶与六方晶。应予说明，在上述式(1)中，x表示Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比，并满足0.10≦x≦0.60。本实施方式的被覆钻头，如前所述，通过使Cr元素的原子比x为0.10以上，耐磨性优异，通过使Cr元素的原子比x为0.60以下，耐磨性以及耐缺损性优异。其中，如果x为0.15以上0.50以下，则由于耐磨性和耐缺损性的平衡更为优异，故优选。

本实施方式所使用的被覆层的交替层叠结构中的至少1层包含以下说明的指定的层(以下，称为“第2复合氮化物层”。)。本实施方式所使用的第2复合氮化物层含有具有下述式(2)：

(Ti_1-ySi_y)N (2)

所表示的组成的化合物。在本实施方式所使用的第2复合氮化物层中，具有上述式(2)所表示的组成的化合物优选为包含立方晶。y表示Si元素相对Ti元素和Si元素的总量的原子比，并满足0.05≦y≦0.30。本实施方式的被覆钻头，如前所述，通过使Si元素的原子比y为0.05以上，耐磨性优异，通过使Si元素的原子比y为0.30以下，耐磨性以及耐缺损性优异。其中，本实施方式的被覆钻头，如果y为0.10以上0.25以下，则由于耐磨性和粘着性的平衡更为优异，故优选。

应予说明，在本实施方式中，当将各复合氮化物层的组成表示为(Al_0.70Cr_0.30)N时，意味着Al元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比为0.70，Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比为0.30。即，意味着Al元素的量相对Al元素和Cr元素的总量为70原子％，Cr元素的量相对Al元素和Cr元素的总量为30原子％。

在本实施方式的被覆钻头中，第1复合氮化物层通过含有具有上述式(1)所表示的组成的化合物，特别是横刃部的耐磨性优异。其主要原因被认为主要是基于摩擦磨损系数降低，但本发明不会受该主要原因的限定。另一方面，在本实施方式的被覆钻头中，第2复合氮化物层通过含有具有上述式(2)所表示的组成的化合物，特别是边缘部的耐磨性优异。其主要原因被认为主要是基于在高温下的硬度提高，但本发明不受该主要原因的限制。因此，如果本实施方式的被覆钻头具有第1复合氮化物层与第2复合氮化物层的交替层叠结构，则特别是横刃部和边缘部的耐磨性以及耐缺损性的平衡会提高。

在本实施方式的被覆钻头中，横刃部中的第1复合氮化物层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比C_Cr、和边缘部中的第1复合氮化物层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比M_Cr满足下述式(A)：

C_Cr＞M_Cr (A)

所表示的条件。本实施方式的被覆钻头，通过满足上述式(A)所表示的条件，横刃部的耐磨性提高，边缘部的耐磨性提高。其主要原因被认为是，通过C_Cr＞M_Cr，本实施方式的被覆钻头摩擦磨损系数的降低，主要基于该原因，横刃部的耐磨性提高，此外通过C_Cr＞M_Cr，边缘部在高温下的硬度提高，主要基于该原因，边缘部的耐磨性提高，但本发明不因该主要原因而被限定。

在本实施方式的被覆钻头中，C_Cr与M_Cr之差(C_Cr-M_Cr)优选为满足下述式(B)：

0.01≦C_Cr-M_Cr≦0.10 (B)

所表示的条件。本实施方式的被覆钻头，通过满足上述式(B)所表示的条件，横刃部以及边缘部的耐磨性进一步提高。其主要原因被认为是，首先，本实施方式的被覆钻头通过使(C_Cr-M_Cr)为0.01以上，摩擦磨损系数降低，主要基于该原因，横刃部的耐磨性提高，此外通过使(C_Cr-M_Cr)为0.01以上，边缘部在高温下的硬度进一步提高，主要基于该原因，边缘部的耐磨性提高，但本发明不受该主要原因的限制。另一方面，本实施方式的被覆钻头，如果C_Cr与M_Cr之差(C_Cr-M_Cr)为0.10以下，则耐磨性进一步提高。其主要原因被认为是，本实施方式的被覆钻头通过使(C_Cr-M_Cr)为0.10以下，耐磨性进一步提高，但本发明不受该主要原因的限制。从相同的观点出发，C_Cr与M_Cr之差(C_Cr-M_Cr)更优选为满足下述式(C)：

0.02≦C_Cr-M_Cr≦0.05 (C)

所表示的条件。

在本实施方式的被覆钻头中，第1复合氮化物层以及第2氮化物层的每一层的平均厚度，如果分别为70nm以上，则由于能够抑制被覆层的内部应力变高，耐缺损性提高。另一方面，在本实施方式的被覆钻头中，第1复合氮化物层以及第2氮化物层的每一层的平均厚度，如果分别为300nm以下，则由于能够取得抑制龟裂朝向基材扩展的效果，耐缺损性提高。从同样的观点出发，第1复合氮化物层以及第2复合氮化物层的每一层的平均厚度优选为分别为100nm以上300nm以下，更优选为150nm以上250nm以下。

在本实施方式中，在第1复合氮化物层和第2复合氮化物层各形成一层的情况下，“重复次数”为1次，本实施方式所使用的交替层叠结构也包含重复次数为1次的方式。图4为表示本实施方式的被覆钻头的剖面组织的一个例子的模式图，下面利用该图对重复次数进行说明。该被覆钻头18具备基材11、和形成于基材11的表面的被覆层17。被覆层17为从基材11侧按顺序层叠后述的下部层12、交替层叠结构16、和后述的上部层15而成。交替层叠结构16为从下部层12侧向上部层15侧按顺序交替层叠第1复合氮化物层13和第2氮化物层14而成，分别各具有四层第1复合氮化物层13以及第2复合氮化物层14。在这种情况下，重复次数为4次。此外，例如，在对于第1复合氮化物层13以及第2复合氮化物层14，以从下部层12侧向上部层15侧按顺序形成第1复合氮化物层13、第2复合氮化物层14、第1复合氮化物层13、第2复合氮化物层14、第1复合氮化物层13、第2复合氮化物层14、第1复合氮化物层13、第2复合氮化物层14、第1复合氮化物层13、第2复合氮化物层14的方式分别形成五层第1复合氮化物层、五层第2复合氮化物层的情况下，重复次数为5次。此外，虽然在图4中被覆层17具备下部层12以及上部层15这两层，但被覆层也可仅具备下部层12和上部层15中的任意一层，也可不具备这两层。

在本实施方式的被覆钻头中，如果交替层叠结构的平均厚度为1.50μm以上，则耐磨性进一步提高，如果为12.00μm以下，则耐缺损性进一步提高。因此，如果交替层叠结构的平均厚度为1.50μm以上12.00μm以下则为优选。其中，从与上述相同的观点出发，如果为3.00μm以上9.00μm以下则更为优选。

在本实施方式的被覆钻头中，如果第2复合氮化物层的X射线衍射中的(200)面的半峰宽为0.4°以上，则耐缺损性进一步提高。另一方面，如果第2复合氮化物层的X射线衍射中的(200)面的半峰宽为1.0°以下，则耐磨性进一步提高。它们的主要原因被认为是，如果(200)面的半峰宽为0.4°以上，第2复合氮化物层的粒径细微，主要基于该原因，本实施方式的被覆钻头的耐缺损性进一步提高，如果(200)面的半峰宽为1.0°以下，晶格畸变程度减小，粘着性优异，主要基于该原因，本实施方式的被覆钻头的耐磨性进一步提高，但本发明不受该主要原因的限制。因此，(200)面的半峰宽优选为0.4°以上1.0°以下。其中，从与上述相同的观点出发，半峰宽更优选为0.6°以上1.0°以下，进一步优选为0.7°以上1.0°以下。

第2复合氮化物层的X射线衍射中的(200)面的半峰宽，例如，可按照以下的测定条件进行测定。

标识X射线：CuKα射线，单色器：Ni，发散狭缝：1/2°，散射狭缝：2/3°，受光狭缝：0.15mm，取样宽度：0.01°。

本实施方式所使用的被覆层可仅由各复合氮化物层的交替层叠结构构成，但如果在基材和交替层叠结构之间(即，交替层叠结构的下层)具有下部层，则基材和交替层叠结构的粘着性进一步提高，故优选。其中，从与上述相同的观点出发，如果下部层包含由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，则为优选，如果包含由选自由Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，则更为优选，如果包含由选自由Ti、Ta、Cr、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和N组成的化合物，则进一步优选。此外，下部层可为单层也可为两层以上的多层(层叠体)。

在本实施方式的被覆钻头中，如果下部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下，则基材和被覆层的粘着性显示出进一步提高的倾向，故优选。从相同的观点出发，如果下部层的平均厚度为0.2μm以上3.0μm以下则更为优选，如果为0.3μm以上2.5μm以下则进一步优选。

本实施方式所使用的被覆层也可在交替层叠结构的与基材相反的一侧(即，交替层叠结构的上层)、优选为在交替层叠结构的表面具有上部层。上部层如果包含由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，则耐磨性更加优异，故进一步优选。此外，从与上述相同的观点出发，如果上部层包含由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，则为优选，如果包含由选自由Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物，则更为优选，如果包含由选自由Ti、Nb、Ta、Cr、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和N组成的化合物，则进一步优选。此外，上部层可为单层也可为两层以上的多层(层叠体)。

在本实施方式的被覆钻头中，如果上部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下，则耐磨性显示出更加优异的倾向，故优选。从相同的观点出发，如果上部层的平均厚度为0.2μm以上3.0μm以下则更为优选，如果为0.3μm以上2.5μm以下则进一步优选。

本实施方式的被覆钻头所使用的被覆层的制造方法没有特别的限定，例如，可列举离子镀法、电弧离子镀法、溅射法以及离子混合法等物理气相沉积法。如果使用物理气相沉积法来形成被覆层，则能够形成锐边，故优选。其中，电弧离子镀法因被覆层和基材的粘着性更加优异而更为优选。

下面使用具体例对本实施方式的被覆钻头的制造方法进行说明。应予说明，本实施方式的被覆钻头的制造方法只要能够实现该被覆钻头的结构，就没有特别的限制。

首先，将加工为工具形状(钻头形状)的基材收容于物理气相沉积装置的反应容器内，并将金属蒸发源设置于反应容器内。然后，对反应容器内进行抽真空直至其压力达到1.0×10^-2Pa以下的真空，并通过反应容器内的加热器将基材加热至其温度为200℃～700℃。加热后，向反应容器内导入Ar气体，使反应容器内的压力为0.5Pa～5.0Pa。在压力为0.5Pa～5.0Pa的Ar气体环境下，对基材施加-500V～-350V的偏压，使40A～50A的电流流过反应容器内的钨丝，并对基材的表面实施利用Ar气体的离子轰击处理。在对基材的表面施加离子轰击处理后，对反应容器内进行抽真空直至其压力达到1.0×10^-2Pa以下的真空。

在形成本实施方式所使用的下部层的情况下，将基材加热至其温度达到400℃～600℃。加热后，向反应容器内导入气体，使反应容器内的压力为0.5Pa～5.0Pa。作为气体，例如，在下部层由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和N组成的化合物构成的情况下，可列举N₂气体，如果在下部层由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和由N以及C组成的化合物构成的情况下，可列举N₂气体和C₂H₂气体的混合气体。作为混合气体的体积比例，没有特别的限定，例如，也可为N₂气体:C₂H₂气体＝95:5～85:15。接着，对基材施加-80V～-40V的偏压，通过电弧电流100A～200A的电弧放电，使对应各层的金属成分的金属蒸发源蒸发而形成下部层即可。

在形成本实施方式所使用的第1复合氮化物层的情况下，控制基材使其温度达到400℃～600℃，向反应容器内导入气体，将反应容器内的压力设为0.5～5.0Pa。作为气体，可列举Ar气体和N₂气体的混合气体，作为混合气体的体积比例，没有特别的限定，例如，也可为Ar气体:N₂气体＝20:80～80:20。然后，对基材施加-80V～-40V的偏压，通过100A～200A的电弧放电，使对应第1复合氮化物层的金属成分的金属蒸发源蒸发而形成第1复合氮化物层即可。

为了使本实施方式的被覆钻头满足上述式(A)所表示的条件，增大C_Cr即可。为了增大C_Cr，例如，减小上述反应容器内的压力、或增大混合气体中的Ar气体的体积比例即可。此外，通过在将与被覆钻头的边缘部对应的基材的部件配置为相对金属蒸发源的状态下、形成第1复合氮化物层，可增大C_Cr。在这种情况下，C_Cr变大的同时，M_Cr变小。

在形成本实施方式所使用的第2复合氮化物层的情况下，控制基材使其温度达到400℃～600℃。应予说明，如果将该基材的温度设为与形成第1复合氮化物层时的基材的温度相同，则能够连续形成第1复合氮化物层和第2复合氮化物层，故优选。在控制温度后，将形成第1复合氮化物层时的混合气体导入反应容器内，使反应容器内的压力为0.5Pa～5.0Pa。接着，对基材施加-80V～-40V的偏压，通过电弧电流100A～200A的电弧放电，使对应第2复合氮化物层的金属成分的金属蒸发源蒸发，从而形成第2复合氮化物层即可。

为了形成第1复合氮化物层和第2复合氮化物层的交替层叠结构，通过电弧放电使2种以上的金属蒸发源在上述条件下交替地蒸发，从而交替地形成各复合氮化物层即可。通过分别调整金属蒸发源的电弧放电时间，能够对构成交替层叠结构的各复合氮化物层的厚度进行控制。

为了将本实施方式所使用的第2复合氮化物层中的X射线衍射中的(200)面的半峰宽设为指定的值，在形成交替层叠结构时，对成膜温度进行调整、对偏压进行调整、或对层叠间隔进行调整即可。更具体而言，如果使成膜温度更低、施加更高的负的偏压、或增厚层叠间隔，则(200)面的半峰宽的值会变大。

在形成本实施方式所使用的上部层的情况下，通过与上述下部层相同的制造条件来形成即可。即，首先，将基材加热至其温度为400℃～600℃。加热后，向反应容器内导入气体，使反应容器内的压力为0.5Pa～5.0Pa。作为气体，例如，在上部层由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和N组成的化合物构成的情况下，可列举N₂气体，如果在上部层由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和由N以及C组成的化合物构成的情况下，可列举N₂气体和C₂H₂气体的混合气体。作为混合气体的体积比例没有特别的限定，例如，也可为N₂气体:C₂H₂气体＝95:5～85:15。接着，对基材施加-80V～-40V的偏压，通过电弧电流100A～200A的电弧放电，使对应各层的金属成分的金属蒸发源蒸发而形成上部层即可。

构成本实施方式的被覆钻头中的被覆层的各层的厚度可通过使用光学显微镜、扫描型电子显微镜(SEM)、透射型电子显微镜(TEM)等从被覆钻头的剖面组织进行测定。应予说明，本实施方式的被覆钻头中的各层的平均厚度可通过从横刃部中的3处以上的剖面来测定各层的厚度，并计算其平均值(算术平均值)而求得。

此外，构成本实施方式的被覆钻头中的被覆层的各层的组成可通过使用能量分散型X射线分析装置(EDS)或波长分散型X射线分析装置(WDS)等从本实施方式的被覆钻头的剖面组织来进行测定。

认为本实施方式的被覆钻头，由于耐磨性以及耐缺损性优异，从而达到与以往相比可延长工作寿命的效果(但是，可延长工作寿命的主要原因不限定于上述原因)。

(实施例)

下面，通过实施例进一步详细地对本发明进行说明，但本发明并不限于这些实施例。

(实施例1)

作为基材，准备加工为DMP120的刀片形状(株式会社タンガロイ制造)、且具有89.6％WC-9.8％Co-0.6％Cr₃C₂(以上为质量％)的组成的硬质合金。对于发明品1～32、比较品1、2、5～7、以及9～11，在电弧离子镀装置的反应容器内，将金属蒸发源配置为与在作为被覆钻头时的边缘部对应的基材的部位相对，以形成如表1以及表2所示的各层的组成。另一方面，对于比较品3、4、8、以及12，将金属蒸发源配置为与在作为被覆钻头时的横刃部对应的部位相对，以形成如表1以及表2所示的各层的组成。将准备好的基材固定于反应容器内的旋转工作台的固定配件上。

然后，对反应容器内进行抽真空直至其压力达到5.0×10^-3Pa以下的真空。抽真空后，通过反应容器内的加热器将基材加热至其温度达到450℃。加热后，向反应容器内导入Ar气体使其压力为2.7Pa。

在压力为2.7Pa的Ar气体环境下，对基材施加-400V的偏压，并使40A的电流流过反应容器内的钨丝，对基材的表面施加30分钟的利用Ar气体的离子轰击处理。在离子轰击处理完毕后，对反应容器内进行抽真空至其压力达到5.0×10^-3Pa以下的真空。

对于发明品1～32，抽真空后，控制基材使其温度为表3所示的成膜温度(成膜开始时的温度)，以表3所示的体积比将氩气(Ar)以及氮气(N₂)导入反应容器内，并将反应容器内调整为表3所示压力的气体条件。然后，对基材施加表3所示偏压，通过表3所示的电流(电弧电流)的电弧放电，使表1所示组成的第1复合氮化物层和第2复合氮化物层的金属蒸发源交替地蒸发，从而在基材的表面交替地形成第1复合氮化物层和第2复合氮化物层。此时控制为表3所示的反应容器内的气体条件和压力。此外，调整控制各自的电弧放电时间，使第1复合氮化物层的厚度和第2复合氮化物层的厚度为表1所示厚度。

对于比较品1以及2，抽真空后，控制基材使其温度为表4所示的成膜温度(成膜开始时的温度)，以表4所示的体积比将氩气(Ar)以及氮气(N₂)导入反应容器内，并将反应容器内调整为表4所示压力的气体条件。然后，对基材施加表4所示的偏压，通过表4所示的电弧电流的电弧放电，使表2所示组成的金属蒸发源蒸发，从而在基材的表面形成具有表2所示厚度的单层(A层或B层)。

对于比较品3～12，抽真空后，控制基材使其温度为表4所示的成膜温度(成膜开始时的温度)，以表4所示的体积比将氩气(Ar)以及氮气(N₂)导入反应容器内，并将反应容器内调整为表4所示压力的气体条件。然后，对基材施加表4所示偏压，通过表4所示的电流(电弧电流)的电弧放电，使表2所示组成的A层和B层的金属蒸发源交替地蒸发，从而在基材的表面交替地形成A层和B层。此时控制为表4所示的反应容器内的气体条件和压力。此外，调整控制各自的电弧放电时间，使A层的厚度和B层的厚度为表2所示厚度。

在基材的表面以表1以及表2所示的指定的平均厚度而形成各层后，切断加热器的电源，当试样温度达到100℃以下后，从反应容器内取出试样。

(表1)

(表2)

*在“A层”以及“B层”的栏中的“-”是指没有形成各自的层。

(表3)

(表4)

所得试样的各层的平均厚度通过在被覆钻头的横刃部中，对3处以上的剖面进行TEM观察，测定各层的厚度，并计算其平均值(算术平均值)而求得。将这些结果也一并示于表1以及表2。

所得试样的各层的组成通过在被覆钻头的横刃部中，使用附属于TEM的EDS来进行测定。将这些结果也一并示于表1以及表2。应予说明，表1以及表2的各层的金属元素的组成比表示构成各层的金属化合物中的各金属元素相对金属元素整体的原子比。应予说明，所得试样的边缘部中的第2复合氮化物层的组成与表1所示的横刃部中的第2复合氮化物层的组成相同。

进而，对于所得试样的第1复合氮化物层或A层，在被覆钻头的横刃部以及边缘部的各剖面中，使用附属于TEM的EDS进行测定，基于所得的测定值而算出C_Cr以及M_Cr。将测定结果示于表5以及表6。应予说明，所得试样的边缘部中的第1复合氮化物层或A层的组成没有写明，但是例如比较品9的边缘部中的A层的组成，由于边缘部中的A层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比M_Cr为0.05，则A层的组成为(Al_0.95Cr_0.05)N。

(表5)

(表6)

所得试样的第2复合氮化物层或B层中的(200)面的半峰宽，通过以下的测定条件进行测定。将其结果示于表7以及表8。

(表7)

(表8)

使用所得试样进行以下的切削试验并评价。

(切削试验)

被切削材料：S55C(200HB)，

被切削材料形状：150mm×200mm×40mm的长方体块，

加工形态：盲孔，

切削速度：110m/min，

每旋转的进给量：0.27mm/rev，

冷却液：水溶性(内部供油方式)，

评价项目：以横刃发生缺损(横刃出现缺口)时(表中，记载为“缺损”)、边缘部出现走刀痕迹时、或后刀面磨损达到0.3mm时(表中，记载为“正常磨损”)作为工具寿命，测定到达工具寿命为止的加工长度。

应予说明，对于到达切削试验的工具寿命为止的加工长度，将100m以上的设为“A”，60m以上且不足100m的设为“B”，不足60m的设为“C”，进行评价。在该评价中，“A”意味着最优，其次“B”为优，“C”为最差，具有越多的“A”或“B”的评价意味着切削性能越优异。具体而言，加工长度较长意味着耐缺损性以及耐磨性优异。将所得评价的结果示于表9以及表10。

(表9)

(表10)

根据表9以及表10所示结果，发明品的切削试验的评价均为“A”或“B”的评价，比较品的评价全部为“C”。

根据以上的结果可知，通过提高耐磨性以及耐缺损性，发明品的工具寿命变长。

(实施例2)

作为基材，准备加工为DMP120的刀片形状(株式会社タンガロイ制造)、且具有89.6％WC-9.8％Co-0.6％Cr₃C₂(以上为质量％)的组成的硬质合金。在电弧离子镀装置的反应容器内，将金属蒸发源配置为与在作为被覆钻头时的边缘部对应的基材的部位相对，以形成如表11所示的各层的组成。将准备好的基材固定于反应容器内的旋转工作台的固定配件上。

然后，对反应容器内进行抽真空直至其压力达到5.0×10^-3Pa以下的真空。抽真空后，通过反应容器内的加热器将基材加热至其温度为450℃。加热后，向反应容器内导入Ar气体使其压力为2.7Pa。

在压力为2.7Pa的Ar气体环境下，对基材施加-400V的偏压，并使40A的电流流过反应容器内的钨丝，对基材的表面施加30分钟的利用Ar气体的离子轰击处理。在离子轰击处理完毕后，对反应容器内进行抽真空至其压力为5.0×10^-3Pa以下的真空。

对于发明品33、34、36～46，抽真空后，将基材加热至其温度为表12所示温度(成膜开始时的温度)，并将气体导入反应容器内使反应容器内的压力变为3.0Pa。在此，对于发明品33、34、36～41、以及43～46，导入N₂气体作为气体，对于发明品42，将N₂气体和C₂H₂气体的混合气体作为气体以90:10的体积比例混合并导入。然后，对基材施加表12所示的偏压，通过表12所示的电弧电流的电弧放电，使表11所示组成的金属蒸发源蒸发，从而形成下部层。

接着，对于发明品33～35，采用与发明品1的交替层叠结构的制造条件相同的条件，对于发明品36～38，采用与发明品11的交替层叠结构的制造条件相同的条件，对于发明品39～42，采用与发明品23的交替层叠结构的制造条件相同的条件，对于发明品43～46，采用与发明品25的交替层叠结构的制造条件相同的条件，在下部层或基材的表面交替地形成第1复合氮化物层和第2复合氮化物层。

应予说明，表11中的各发明品33～46的交替层叠结构所记载的试样编号是指，各发明品33～46的交替层叠结构和对应的试样编号的交替层叠结构相同。例如，发明品33的交替层叠结构与发明品1的交替层叠结构相同。

接着，对于发明品34～36、以及38～46，抽真空后，将基材加热至其温度为表12所示温度(成膜开始时的温度)，并将气体导入反应容器内使反应容器内的压力为表12所示的压力。在此，对于发明品34～36、38、以及40～46，导入N₂气体作为气体，对于发明品39，将N₂气体和C₂H₂气体的混合气体作为气体以90:10的体积比例混合并导入。然后，对基材施加表12所示的偏压，通过表12所示的电弧电流的电弧放电，使表11所示组成的金属蒸发源蒸发，从而形成上部层。

在基材的表面以达到表11所示的指定的平均厚度而形成各层后，切断加热器的电源，当试样温度达到100℃以下后，从反应容器内取出试样。

(表11)

*在“下部层”以及“上部层”的栏中的“-”是指没有形成下部层或上部层。

(表12)

所得试样的各层的平均厚度通过在被覆钻头的横刃部中，对3处以上的剖面进行TEM观察，测定各层的厚度，并计算其平均值(算术平均值)而求得。将其结果也一并示于表11。

所得试样的下部层以及上部层的组成通过在被覆钻头的横刃部中，使用附属于TEM的EDS来进行测定。将其结果也一并示于表11。应予说明，表11的各层的金属元素的组成比表示构成各层的金属化合物中的各金属元素相对金属元素整体的原子比。

各发明品33～46的第1复合氮化物层中的M_Cr和C_Cr的关系、第2复合氮化物层中的(200)面的半峰宽(°)、以及交替层叠结构的平均厚度，与对应的交替层叠结构所记载的试样编号的交替层叠结构的特性相同。

使用所得试样进行与实施例1相同的切削试验并评价。对于切削试验的到达工具寿命为止的加工长度，将100m以上的设为“A”，60m以上且不足100m的设为“B”，不足60m的设为“C”，进行评价。在该评价中，“A”意味着最优，“B”为次优，“C”为最差，具有越多的“A”或“B”的评价意味着切削性能越优异。具体而言，加工长度较长意味着耐缺损性以及耐磨性优异。将所得评价的结果示于表13。

(表13)

根据表13所示结果，切削试验的评价均为“A”的评价。

因此可知，发明品即使具有上部层和/或下部层，其耐磨性以及耐缺损性也优异，并且工具寿命变长。

(产业上的可利用性)

本发明的被覆钻头，由于耐磨性以及耐缺损性优异，与以往相比可延长工具寿命，因此，在该点上产业上的可利用性较高。

符号说明

1…切削部位，2…保持部，3…前端切削刃棱，4…第1后刀面，5…油孔，6…第2后刀面，7…十字修磨，8…横刃部，9…螺旋槽，10…边缘部，11…基材，12…下部层，13…第1复合氮化物层，14…第2复合氮化物层，15…上部层，16…交替层叠结构，17…被覆层，18…被覆钻头，100…钻头。

Claims

1.一种被覆钻头，其包含基材、和形成于所述基材上的被覆层，

所述被覆钻头具备横刃部和边缘部，

所述横刃部以及所述边缘部中的所述被覆层具有由第1复合氮化物层和第2复合氮化物层交替地层叠而成的交替层叠结构，

所述第1复合氮化物层含有具有下述式(1)所表示的组成的化合物，

(Al_1-xCr_x)N (1)

式中，x表示Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比，并满足0.10≦x≦0.60，

所述第2复合氮化物层含有具有下述式(2)所表示的组成的化合物，

(Ti_1-ySi_y)N (2)

式中，y表示Si元素相对Ti元素和Si元素的总量的原子比，并满足0.05≦y≦0.30，

所述横刃部中的所述第1复合氮化物层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比C_Cr、和所述边缘部中的所述第1复合氮化物层的Cr元素相对Al元素和Cr元素的总量的原子比M_Cr满足下述式(A)：

C_Cr＞M_Cr (A)

所表示的条件。

2.如权利要求1所述的被覆钻头，其中，

所述C_Cr和所述M_Cr满足下述式(B)：

0.01≦C_Cr-M_Cr≦0.10 (B)

所表示的条件。

3.如权利要求1所述的被覆钻头，其中，

所述第1复合氮化物层的每一层的平均厚度为70nm以上300nm以下，所述第2复合氮化物层的每一层的平均厚度为70nm以上300nm以下。

4.如权利要求2所述的被覆钻头，其中，

5.如权利要求1～4中任一项所述的被覆钻头，其中，

在所述第2复合氮化物层中，X射线衍射中的(200)面的半峰宽为0.4°以上1.0°以下。

6.如权利要求1～4中任一项所述的被覆钻头，其中，

所述交替层叠结构的平均厚度为1.5μm以上12.0μm以下。

7.如权利要求1～4中任一项所述的被覆钻头，其中，

所述被覆层在所述基材与所述交替层叠结构之间具有下部层，

所述下部层为由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物的单层或层叠体，

所述下部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

8.如权利要求1～4中任一项所述的被覆钻头，其中，

所述被覆层在所述交替层叠结构的表面具有上部层，

所述上部层为由选自由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si以及Y组成的群组中的至少一种元素、和选自由C、N、O以及B组成的群组中的至少一种元素组成的化合物的单层或层叠体，

所述上部层的平均厚度为0.1μm以上3.5μm以下。

9.如权利要求1～4中任一项所述的被覆钻头，其中，

所述被覆层整体的平均厚度为1.5μm以上15.0μm以下。

10.如权利要求1～4中任一项所述的被覆钻头，其中，

所述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或立方晶氮化硼烧结体中的任一种。