CN109641283B - 表面被覆切削工具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

该表面被覆切削工具具有前刀面和后刀面，其具有基材和形成在所述基材上的覆膜，该基材为硬质合金或金属陶瓷，该覆膜包括含有多个氧化铝晶粒的氧化铝层，所述氧化铝层包括：第一区域，其包括前刀面上的区域A和后刀面上的区域B；第二区域，其为前刀面上除了区域A之外的区域；和第三区域，其为后刀面上除了区域B之外的区域，并且在氧化铝层中，将a定义为第一区域内的取向指数TC(hkl)中的TC(110)的平均值，并将b定义为第二区域或第三区域内的上述TC(110)的平均值，满足关系式：b‑a>0.5。

Description

表面被覆切削工具及其制造方法
技术领域
本发明涉及表面被覆切削工具以及制造表面被覆切削工具的方法。本申请要求于2016年8月25日提交的日本专利申请No.2016-164782的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
已经提出了各种技术以提高表面被覆切削工具的性能，例如通过改变Al2O3的织构系数来提高覆膜的质量的技术。例如，日本专利No.5904389(专利文献1)公开了一种表面被覆切削工具，其包括基材和位于基材上的覆膜。在覆膜中，使切削刃附近的织构系数TC(hkl)中的TC(006)低于其余区域中的TC(006)，从而在保持高导热率的同时抑制切削刃的突然崩裂。
日本专利特开No.2012-213853(专利文献2)公开了一种被覆切削工具刀片，其通过在基材上形成覆层并在覆层上进行表面处理而制成。通过在X射线衍射下控制衍射强度比I(012)/I(024)，刀片的耐磨性和韧性得以改善。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利No.5904389
专利文献2：日本专利特开No.2012-213853
发明内容
根据本公开的一个方面的表面被覆切削工具为具有前刀面和后刀面的表面被覆切削工具。该表面被覆切削工具包括基材和形成在所述基材上的覆膜。所述基材是硬质合金或金属陶瓷。所述覆膜包括含有多个氧化铝晶粒的氧化铝层。所述氧化铝层包括：由前刀面上的区域A和后刀面上的区域B构成的第一区域；前刀面上除了区域A之外的第二区域；和后刀面上除了区域B之外的第三区域。所述区域A是从刃棱线到前刀面上的假想线的区域，其中所述刃棱线是前刀面的假想延伸和后刀面的假想延伸彼此交叉处的线，并且前刀面上的假想线是沿着所述刃棱线延伸并且位于距离所述刃棱线1mm处的线。所述区域B是从刃棱线到后刀面上的假想线的区域，其中后刀面上的假想线是沿着刃棱线延伸并且位于距离所述刃棱线1mm处的线。所述氧化铝层满足关系式：b-a>0.5，其中a是织构系数TC(hkl)中所述第一区域内的TC(110)的平均值，并且b是织构系数TC(hkl)中所述第二区域或所述第三区域内的TC(110)的平均值。
根据本公开的一个方面的制造表面被覆切削工具的方法是制造如上所述的表面被覆切削工具的方法。该方法包括：在基材上形成覆膜；和对覆膜中对应于第一区域的部分进行表面处理。
附图说明
图1是示意性地示出了表面被覆切削工具上的五个位置处的测定点的示意图，该表面被覆切削工具将进行X射线照射以通过X射线衍射法计算TC(hkl)。
图2是示出基材的例子的立体图。
图3是按照图2中箭头所示方向看到的沿X-X线的截面图。
图4是图3的局部放大图。
图5是示意性地示出了表面处理过程中向覆膜中对应于第一区域的部分施加喷丸的方向(角度)的示意图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
然而，对于专利文献1的表面被覆切削工具，例如，基材和覆膜之间的密着力(具体而言，在切削期间防止覆膜剥离的功能)仍有改进的空间。专利文献2的切削工具的耐崩裂性不足。
鉴于上述情况，本公开的目的是提供一种表面被覆切削工具以及制造表面被覆切削工具的方法，该表面被覆切削工具具有改进的对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性(下文中也称为“耐断裂性”)。
[本公开的有益效果]
根据前述内容，提供了一种表面被覆切削工具，其具有改进的对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性。
[实施方案的说明]
首先，基于以下列出的方面对本发明进行描述。
[1]根据本公开的一个方面的表面被覆切削工具为具有前刀面和后刀面的表面被覆切削工具。该表面被覆切削工具包括基材和形成在该基材上的覆膜。所述基材是硬质合金或金属陶瓷。所述覆膜包括含有多个氧化铝晶粒的氧化铝层。所述氧化铝层包括：由前刀面上的区域A和后刀面上的区域B构成的第一区域；前刀面上除了区域A之外的第二区域；和后刀面上除了区域B之外的第三区域。所述区域A是从刃棱线到前刀面上的假想线的区域，其中所述刃棱线是前刀面的假想延伸和后刀面的假想延伸彼此交叉处的线，并且前刀面上的假想线是沿着所述刃棱线延伸并且位于距离刃棱线1mm处的线。所述区域B是从刃棱线到后刀面上的假想线的区域，其中后刀面上的假想线是沿着所述刃棱线延伸并且位于距离刃棱线1mm处的线。所述氧化铝层满足关系式：b-a>0.5，其中a是织构系数TC(hkl)中第一区域内的TC(110)的平均值，并且b是织构系数TC(hkl)中第二区域或第三区域内的TC(110)的平均值。这些特征使得表面被覆切削工具具有更高的对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性。
[2]优选地，所述a满足关系式：2<a。因此，可以进一步提高对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性。
[3]优选地，所述氧化铝层是含有α-Al2O3晶粒作为主要成分的α-Al2O3层。因此，可以进一步提高对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性。
[4]优选地，所述基材具有表面。所述表面包括所述前刀面、所述后刀面和连接所述前刀面与所述后刀面的切削刃面，并且所述基材在距离所述切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。因此，可以提高基材和覆膜之间的密着性。
[5]优选地，所述基材在距离所述切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度为10原子％以下。因此，可以进一步提高基材和覆膜之间的密着性。
[6]优选地，所述切削刃面的应变为0.07以下。因此，也可以提高基材和覆膜之间的密着性。
[7]优选地，所述硬质合金的组成由5质量％至7质量％的钴、0.01质量％至3质量％的第一金属的碳化物和余量的碳化钨和不可避免的杂质构成。所述金属陶瓷的组成由5质量％至25质量％的钴或镍、5质量％至40质量％的碳化钨、以及余量的不可避免的杂质和选自第一金属的碳化物、第一金属的氮化物和第一金属的碳氮化物中的至少一者构成。所述第一金属优选为选自由元素周期表中的第IV族元素、第V族元素和第VI族元素构成的组中的至少一种金属。因此，可以包括由硬质合金或金属陶瓷制成的基材，其在高温下的硬度和强度之间的均衡性优异。
[8]优选地，所述覆膜还包括由以下元素制成的化合物层：选自由元素周期表中的第IV族元素、第V族元素和第VI族元素、铝和硅构成的组中的至少一种第一元素；和选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种第二元素。因此，可以提高覆膜的质量。
[9]优选地，所述覆膜是化学气相沉积膜。因此，也可以提高基材和覆膜之间的密着性。
[10]根据本公开的一个方面的制造表面被覆切削工具的方法是制造如上所述的表面被覆切削工具的方法。该方法包括：在所述基材上形成覆膜；和对覆膜中对应于第一区域的部分进行表面处理。因此，可以制造具有更高的对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性的表面被覆切削工具。
[11]优选地，所述表面处理至少包括刷光或喷丸。因此，可以制造具有进一步提高的对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性的表面被覆切削工具。
[12]优选地，所述制造表面被覆切削工具的方法包括：准备基材前体；以及通过对所述基材前体的表面进行机械加工以制造所述基材。所述机械加工是以下处理中的一种：交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理，或进行干磨的第三研磨处理。因此，可以制造对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性得到最大程度的提高的表面被覆切削工具。
[本发明的实施方案的详述]
以下将进一步详细地描述本发明的实施方案(以下也称为“本实施方案”)。在用于以下实施方案的说明的附图中，相同的附图标记表示相同的部分或相应的部分。
如本文中使用的表述“A至B”旨在限定某个范围的上限和下限(即，A以上B以下)。对于A后没有单位符号而只有B后有单位符号的“A至B”，A的单位与B的单位相同。此外，对于本文中通过化学式表示的化合物等，如果原子比没有特别限制，则包括具有任何常规已知原子比的化合物，并且该化合物不必限于具有化学计量比的化合物。例如，在表达式“TiAlN”的情况中，构成TiAlN的元素之间的原子数比并非局限于Ti:Al:N＝0.5:0.5:1，而是包括所有常规已知的原子数比。这也适用于“TiAlN”之外的化合物的任意表达式。在本实施方案中，金属元素(如钛(Ti)、铝(Al)、硅(Si)、钽(Ta)、铬(Cr))以及非金属元素(如氮(N)、氧(O)或碳(C))可以不必构成化学计量组成。
<<表面被覆切削工具>>
根据本实施方案的表面被覆切削工具具有前刀面和后刀面。表面被覆切削工具的前刀面主要是指在切削过程中与工件的切屑相接触的表面。例如，在图1的示意图中，表面被覆切削工具的顶表面和底表面均为前刀面。后刀面主要是指面向加工面的表面(通过切削工件而新形成的表面)。例如，在图1的示意图中，后刀面是表面被覆切削工具的侧面。在本实施方案中，前刀面和后刀面之间的边界经过如下文所述的表面处理，以形成工具刃部分。工具刃部分通常是用作表面被覆切削工具的切削刃(下文中也简称为“刃”)的部分。
工具刃部分的形状可为以下形状中的任意一种：锐边(前刀面和后刀面彼此相交处的棱)、经过珩磨的边缘(加工为具有弧度的锐边)、负刃带(negative land)(斜削的)、以及珩磨边缘和负刃带的组合等。经过表面处理成为珩磨边缘的工具刃部分具有弧形表面。经过表面处理成为负刃带形状的工具刃部分具有斜削表面。经过表面处理成为锐边形状的工具刃部分具有棱线，该棱线是前刀面和后刀面之间的边界。
为了(例如)确定下述第一区域(区域A和区域B)的范围，表面被覆切削工具的前刀面和后刀面各自的假想延伸彼此交叉处的线(下文中也称为“刃棱线”)在本文中是必要的。该线对应于通过将工具刃部分表面处理成锐边而形成的棱线。如果进行表面处理以形成珩磨边缘或负刃带形状，则不存在该线，因为该线被工具刃部分代替。同样在这些情况下，给出以下描述，其中表面被覆切削工具被认为具有假想刃棱线，以便确定例如下述第一区域(区域A和区域B)的范围。
表面被覆切削工具包括基材和形成在所述基材上的覆膜。覆膜优选覆盖基材的全部表面。然而，即使当基材的一部分未被该覆膜覆盖或者覆膜的构成存在部分不同时，这种表面被覆切削工具也没有超出本发明的范围。
表面被覆切削工具可以适当地用作以下切削工具，如钻头、端铣刀、钻头用可转位刀片、端铣刀用可转位刀片、铣削用可转位刀片、车削用可转位刀片、金工锯、齿轮切削刀具、铰刀或丝锥等。在表面被覆切削工具是可转位刀片的情况下，基材可具有或不具有断屑器。
<覆膜>
覆膜包括含有多个氧化铝(下文中也表示为“Al2O3”)晶粒(多晶)的氧化铝层。
在本实施方案中，氧化铝层是至少含有Al2O3作为层的一部分的层(含有50质量％以上的Al2O3的层被认为是Al2O3层)，并且可以含有ZrO2、Y2O3(也可以视为在Al2O3中添加了Zr或Y的层)等。氧化铝层还可含有杂质，如氯、碳、硼、氮等。或者，Al2O3层可以仅由Al2O3和杂质构成。Al2O3层中包含的Al2O3的晶体结构不应限于特定的晶体结构。例如，Al2O3可以是α-Al2O3(具有α型晶体结构的氧化铝)、κ-Al2O3(具有κ型晶体结构的氧化铝)、γ-Al2O3(具有γ型晶体结构的氧化铝)、非晶Al2O3或其混合物。在以下描述中，所示的氧化铝层是含有α-Al2O3晶粒作为主要成分的α-Al2O3层。
“含有α-Al2O3晶粒作为主要成分”是指α-Al2O3晶粒占构成氧化铝层的Al2O3晶粒的90质量％以上。优选地，“含有α-Al2O3晶粒作为主要成分”也指：除了不可避免地含有γ-Al2O3和κ-Al2O3中的至少一种晶粒的情况外，α-Al2O3层由α-Al2O3晶粒构成。
可以通过借助于X射线衍射仪分析衍射峰来测定α-Al2O3晶粒与构成氧化铝层的Al2O3晶粒的比率。
第一区域、第二区域和第三区域
α-Al2O3层(氧化铝层)包括由前刀面上的区域A和后刀面上的区域B构成的第一区域。α-Al2O3层还包括前刀面上除了所述区域A之外的第二区域。α-Al2O3层还包括后刀面上除了所述区域B之外的第三区域。区域A是从刃棱线到前刀面上的假想线的区域。刃棱线是前刀面的假想延伸和后刀面的假想延伸彼此交叉处的线。前刀面上的假想线是沿着所述刃棱线延伸并且位于距离刃棱线1mm处的线。区域B是从刃棱线到后刀面上的假想线的区域。所述后刀面上的假想线是沿着刃棱线延伸并且位于距离刃棱线1mm处的线。因此，第一区域包括刃棱线，并且还包括刃棱线的交点(下文中也称为“角部”)、假想线的交点以及刃棱线和假想线的交点。第二区域和第三区域不包括刃棱线。
第一区域和第二区域中的TC(110)
α-Al2O3层(氧化铝层)满足关系式b-a>0.5，其中a是织构系数TC(hkl)中第一区域内的TC(110)的平均值，并且b是织构系数TC(hkl)中第二区域内的TC(110)的平均值。因此，在维持基于α-Al2O3层中的高(110)取向的耐磨性的同时，仅将切削刃部分中的(110)取向控制为相对较低，由此能够抑制切削刃的突然崩裂。
第三区域中的TC(110)
在前刀面内形成第二区域。在一些情况下，由于前刀面的不平坦性，因此可能难以测定织构系数TC(hkl)。在这种情况下，α-Al2O3层(氧化铝层)也满足关系式b-a>0.5，其中b是第三区域内的TC(110)的平均值，并且a是第一区域内的TC(110)的平均值。因此，在维持基于α-Al2O3层中的高(110)取向的耐磨性的同时，仅将切削刃部分中的(110)取向控制为相对较低，由此能够抑制切削刃的突然崩裂。
α-Al2O3层中的“(110)取向”是指：在通过本文后面描述的x射线衍射仪分析获得的α-Al2O3层衍射剖面中的(hkl)反射面(本文中后面描述的本实施方案中为8个反射面)中，(110)面是表现出织构系数TC(hkl)的最高数值的反射面。通过以下表达式(1)能够定义织构系数TC(hkl)。
Figure BDA0001977111340000081
在表达式(1)中，I(hkl)表示(hkl)反射面的X射线衍射强度，并且I0(hkl)表示依据ICDD的PDF卡No.00-042-1468的标准强度。在表达式(1)中，n表示计算用反射数。使用(012)、(104)、(110)、(006)、(113)、(024)、(116)和(300)作为(hkl)反射。因此，在本实施方案中n是8。
ICDD(注册商标)是International Center for Diffraction Date(国际衍射数据中心)的缩写。PDF(注册商标)是Power Diffraction File(粉末衍射文件)的缩写。
α-Al2O3层的第一区域、第二区域和第三区域内的任意位置处所测定的TC(110)可以由以下表达式(2)表示。
Figure BDA0001977111340000082
该TC(hkl)可以借助X射线衍射仪通过分析来测定。例如，TC(hkl)可以借助X射线衍射仪(商品名：“SmartLab(注册商标)3”，由Rigaku公司制造)在以下条件下进行测定。
特征X射线：Cu-Kα
管电压：45kV
管电流：200mA
X射线衍射法：θ-2θ法
X射线照射范围：使用针孔型准直器利用X射线照射直径约为0.3mm的范围。
在本实施方案中，例如，在表面被覆切削工具的前刀面内测定TC(110)。只要在表面被覆切削工具的前刀面内进行测定，则可以在第一区域(区域A)内的任意非重叠的位置设置用于测定TC(110)的多个测定点，类似地，可以在第二区域内的任意非重叠的位置设置多个测定点。利用X射线照射测定点，从而获得TC(110)值。由此可以计算a和b的值，它们是这些值的平均值。
如果由于前刀面的不平坦而导致织构系数TC(hkl)难以测定，则可以在表面被覆切削工具的后刀面内测定TC(110)。在这种情况下，同样地，可以在后刀面的第一区域(区域B)内的任意非重叠的位置设置用于测定TC(110)的多个测定点，类似地，可以在第三区域内的任意非重叠的位置设置多个测定点。利用X射线照射测定点，从而获得TC(110)。由此可以计算a和b的值，它们是这些值的平均值。
优选地，通过选择第一区域、第二区域和第三区域上的平坦部分来设置测定点。优选地，测定点为如上所述的两个以上的非重叠点。然而，在第一区域、第二区域或第三区域上将要设置的测定点不可避免地重叠的情况下，可以仅设置一个测定点。如果测定点处的TC(110)明显是异常值，那么应该将该异常值排除在外。
在本实施方案中，如图1所示，例如，可以沿着连接角部100和角部200的对角线，从角部100(该角部为两条刃棱线的交点)开始以0.7mm的间隔设置测定点(第一测定点1、第二测定点2、第三测定点3、第四测定点4、第五测定点5)，其中角部100和角部200为通过延伸前刀面和后刀面而形成的四个顶角中均具有锐角(θ＝80°)的角部。在上述条件下利用X射线照射这些测定点，从而获得α-Al2O3层中的X射线衍射(XRD)数据(下文中也称为“衍射剖面”)。基于α-Al2O3层中的衍射剖面，能够计算TC(110)。
第一区域由以下区域构成：从刃棱线到前刀面上的假想线的区域，该假想线位于距离刃棱线1mm处并沿刃棱线延伸(区域A)；以及从刃棱线到后刀面上的假想线的区域，该假想线位于距离刃棱线1mm处并沿刃棱线延伸(区域B)。该刃棱线本身也包括在第一区域中。因此，基于图1，第一测定点1和第二测定点2包括在第一区域内，其中第一测定点1和第二测定点2是沿着连接具有锐角(θ＝80°)的角部100和200的对角线，从角部开始以0.7mm的间隔设置的。在这些测定点处测定的TC(110)的平均值是a的值。
第二区域是前刀面上除了区域A之外的区域。因此，在第二区域内包括第三测定点3、第四测定点4和第五测定点5，第三测定点3、第四测定点4和第五测定点5是继第一测定点1和第二测定点2之后，沿着上述对角线以0.7mm的间隔设置的。在这些测定点处测定的TC(110)的平均值是b的值。在本实施方案中，基于a和b计算的b-a的值大于0.5。关于b-a的上限值，其满足关系式b-a<8，因为基于上述表达式(1)的定义，TC(110)的上限为8。
在图1中，测定点被设置在从表面被覆切削工具的角部朝向其中心延伸的对角线上。然而，本实施方案不应局限于此。例如，在第一区域、第二区域和第三区域中的每一个区域中，可以尽可能分散多个测定点，并且可以在这些测定点处测定TC(110)。
例如，可以将第一区域的测定点设置在刃棱线和假想线之间的中间线上的一个点或两个以上的点处，其中该假想线沿着刃棱线延伸并且位于距离所述刃棱线1mm处。可以将第二区域中的测定点设置在由第一区域和第二区域之间的边界(即，前刀面上的沿着刃棱线延伸并且位于距离所述刃棱线1mm处的假想线)朝向第二区域侧距离1mm位置的线上的一个点或两个以上的点处。此外，可以将第三区域中的测定点设置在从第一区域和第三区域之间的边界(即，后刀面上的沿着刃棱线延伸并且位于距离所述刃棱线1mm处的假想线)朝向第三区域侧距离1mm位置的线上的一个点或两个以上的点处。此外，对于具有4条以上的边的正多边形形状的表面被覆切削工具，可以与图1所示的例子类似将测定点设置在对角线上。如果表面被覆切削工具是圆形的，则可以将测定点设置在刃棱线上的一个给定点处，以及通过圆心的线上的一个点或两个以上的点处。
第一区域内的TC(110)的平均值a优选满足关系式2<a。第二区域或第三区域内的TC(110)的平均值b优选满足关系式3.5<b。a的上限为5，并且b的上限为8。当满足这些关系式时，可以仅将切削刃部分中的(110)取向的高度控制得相对较低，同时保持基于α-Al2O3层中的高(110)取向的耐磨性。因此，可以抑制切削刃的突然崩裂。
当a满足关系式a≤2时，α-Al2O3层(氧化铝层)的第一区域中特定方向的取向性[(110)取向]可能过低，并且α-Al2O3层可能不具有(110)取向。在这种情况下，第一区域中的覆膜可能不具有所需的硬度和强度。a的上限为5。当a满足关系式5<a时，在α-Al2O3层的第一区域中特定方向的取向性[(110)取向]过高，并且有可能容易发生切削刃的突然崩裂。
在b满足关系式b≤3.5的情况下，在整个工具中的α-Al2O3层中特定方向的取向性[(110)取向]过低，并且有可能α-Al2O3层可能不具有(110)取向。在这种情况下，有可能在整个工具中不能维持α-Al2O3晶粒的耐磨性。
其他层
覆膜可以具有由如上所述的单一氧化铝层构成的单层结构，或由两个以上的层的堆叠构成的多层结构，其中所述两个以上的层由氧化铝层和另一层/其他层构成。覆膜可以形成在如上所述的基材表面的一部分(例如切削刃面)上，或者形成在基材的整个表面上。
在覆膜具有由两个以上的层的堆叠构成的多层结构的情况下，优选地，覆膜还包括如上所述的氧化铝层和由以下元素制成的化合物层(下文中也称为“其他层”)：选自由元素周期表中的第IV族元素(如Ti、Zr、Hf)、第V族元素(如V、Nb、Ta)和第VI族元素(如Cr、Mo、W)构成的组中的至少一种第一元素；以及选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种第二元素。因此，可以进一步提高基材和覆膜之间的密着性，并且该覆膜适合作为表面被覆切削工具的覆膜。应当注意，排除由铝作为第一元素和氧作为第二元素的组合制成的其他层，因为该组合为氧化铝。
化合物层(其他层)的具体例子可以为TiCNO层、TiBN层、TiC层、TiN层、TiAlN层、TiSiN层、AlCrN层、TiAlSiN层、TiAlNO层、AlCrSiCN层、TiCN层、TiSiC层、CrSiN层、AlTiSiCO层、TiSiCN层、ZrO2层等。化合物层优选是含Ti的层(例如TiCN层、TiN层)，因为这种层的硬度特别优异，或者优选含有Al的层(例如AlCrN层)，因为这种层的耐氧化性特别优异。
作为其他层的例子的TiCN层优选位于Al2O3层和基材之间。具有高耐磨性的TiCN层可赋予覆膜还更合适的耐磨性。TiCN层特别优选通过MT-CVD(中温CVD)法形成。MT-CVD法使得膜能够在约850℃至900℃的相对低温下沉积，这可以减少由于膜沉积期间的加热而对基材造成的损坏。
覆膜还可包括(例如)最顶层和中间层作为另外的其他层。最顶层是位于覆膜最上面的层。中间层是位于(例如)最顶层和α-Al2O3层之间、α-Al2O3层和TiCN层之间、或者TiCN层和基材之间的层。例如，最顶层可以是TiN层。例如，中间层可以是TiCNO层。
在本实施方案中，覆膜优选是化学气相沉积层。具体而言，适合通过本文后面描述的化学气相沉积(CVD)法在基材上形成覆膜。CVD法的膜沉积温度为800℃至1200℃，这高于物理气相沉积法的膜沉积温度。因此，与物理气相沉积法相比，CVD法提供了提高基材和覆膜之间的密着性的有利效果。
优选地，覆膜的厚度为0.3μm至20μm。厚度为0.3μm以上的覆膜可充分显示覆膜的特性。厚度为20μm以下的覆膜可以抑制由于覆膜厚度过大而导致的覆膜剥离。
本文中，覆膜、α-Al2O3层(氧化铝层)和其他层各自的厚度均为平均厚度。可以根据以下方法，用场发射扫描电子显微镜法(FE-SEM)测定这些厚度。
首先，沿着与表面被覆切削工具的前刀面的法线平行的平面切割表面被覆切削工具，以暴露其截面。随后，抛光暴露的截面以制作待观察的抛光面。当测定覆膜的厚度时，对于包括出现在该待观察的抛光面上的覆膜的五个给定位置(五个视野)，以5000x的放大倍率进行观察，以确定覆膜的厚度。最后，确定五个视野的各自值的平均值，并且将所确定的平均值确认为覆膜的平均厚度。当测定α-Al2O3层和其他层的各自厚度时，对于包括出现在待观察的抛光面上的α-Al2O3层和其他层的五个给定位置(五个视野)，以5000x的放大倍率进行观察，以确定各厚度。最后，确定五个视野的各自值的平均值，并且将所确定的平均值确认为α-Al2O3层和其他层各自的平均厚度。
可以通过常规已知的方法对被覆膜覆盖的基材的截面进行抛光。例如，可以使用氩(Ar)离子对基材的截面进行离子铣削，以获得待观察的平滑抛光面。用Ar离子进行离子铣削的条件(例如)如下。
加速电压：6kV
离子束角度：距基材的前刀面的法线0到5°
离子束施加时间：6小时
然后可以通过FE-SEM分析待观察的平滑抛光面。
<基材>
基材具有表面。所述表面包括前刀面、后刀面和将前刀面与后刀面连接的切削刃面。具体而言，包括在基材表面中的前刀面是基材上与表面被覆切削工具的前刀面相对应的表面。包括在基材表面中的后刀面是基材上与表面被覆切削工具的后刀面相对应的表面。包括在基材表面中的切削刃面是如上所述的切削刃面。如下所述，切削刃面可具有弧形表面形状、平面表面形状、平面表面和弧形表面的组合形状，或锐边形状。具体而言，包括在基材表面中的切削刃面是基材上与表面被覆切削工具的工具刃部分对应的表面。下面参照图2到4进一步描述包括在基材中的切削刃面。
图2是示出基材的例子的立体图。图3是按照图2中箭头所示方向看到的沿X-X线的截面图。例如，这种形状的基材用作车削用可转位刀片的基材。
图2和3所示的基材10的表面包括上表面、下表面和四个侧表面。图2和3所示的基材10的整体形状是四棱柱形，其在图2和3中的左右方向上是平坦的。基材10具有延伸穿过上表面和下表面的通孔。在四个侧表面中，彼此相邻的侧表面通过沿着这些侧表面之间的边界的弧形表面而彼此连接。
基材10的上表面和下表面是前刀面10a，其四个侧表面(以及将侧表面彼此连接的各个弧形表面)是后刀面10b，并且将前刀面10a和后刀面10b连接的弧形表面是切削刃面10c。
图4是图3的局部放大图。图4示出了包括前刀面10a的假想面A，前刀面10a和假想面A彼此分开处的假想边界线AA，包括后刀面10b的假想面B，以及后刀面10b和假想面B彼此分开处的假想边界线BB。在图4中，各个假想面A、B被示为线，并且各个假想边界线AA、BB被示出为点。在图4中，从假想边界线AA到假想边界线BB的区域内的表面是切削刃面10c。
切削刃面10c是基材10的表面。对基材10的表面相交处的棱线进行机械加工以形成切削刃面10c。具体而言，对由烧结体等制成的基材前体的表面的至少一部分进行机械加工以形成基材10，并且通过机械加工将基材10的表面斜削以形成称为切削刃面10c的表面。
图2至4示出了呈弧形表面形状(所谓的珩磨边缘)的切削刃面10c。然而，切削刃面的形状不应限于此。例如，切削刃面的形状可以是平坦表面(所谓的负刃带)、平坦表面和弧形表面的组合(所谓的珩磨边缘和负刃带的组合)、或锐边(前刀面和后刀面彼此相交处的棱)。
在切削刃面为锐边形状的情况下，难以基于锐边形状确定通过机械加工形成的切削刃面与前刀面/后刀面之间的边界。因此，在本文中，在基材具有锐边形状的情况下，将从前刀面和后刀面彼此相交处的棱线开始延伸30μm的距离的区域内的表面确认为切削刃面，因为该区域可以用作表面被覆切削工具的切削刃。
氧浓度
基材在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。可以使用能够进行XPS(X射线光电子能谱)的XPS分析仪测定氧浓度。
通过使用XPS分析仪，可在借助于(例如)Ar离子蚀刻测定目标物的表面的同时，测定在目标物中的给定深度位置处的给定种类的原子比(元素分布)。因此，可以应用XPS来确定距离基材的切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度。蚀刻面积可以是5000μm2至50000μm2。在真空下测定氧浓度。
关于具有锐边形状的切削刃面，切削刃面包括位于前刀面侧的切削刃面和位于后刀面侧的切削刃面。在这种情况下，“距离作为基材表面的切削刃面0.4μm的深度位置”是指在距离前刀面侧和后刀面上的切削刃面中的一者0.4μm的深度且距离另一切削刃面0.4μm以上的深度处的位置。
在本实施方案中，覆膜形成在基材的表面上，因此，基材的表面通过下列方式确定。首先，使用XPS从表面被覆切削工具的最顶表面(对应于基材的切削刃面)通过(例如)Ar离子在深度方向上蚀刻覆膜。接着，将测定到基材原料特有的元素(例如，形成基材中的结合相的元素，例如可以是Co)处的深度位置作为基材的切削刃面。
氧浓度可以是平均值。具体而言，在基材的切削刃面上确定给定的三个测定位置，并且在距各测定位置0.4μm的深度位置处测定氧浓度。可以将在这些位置处测定的各个氧浓度的平均值确定为氧浓度。
本发明的发明人测定了切削刃面的多个测定位置处的氧浓度，并发现在各个测定位置处取得的值与平均值之间没有显著差异。因此，可以在切削刃面的给定单一位置处测定氧浓度，并且可以将在该位置处取得的值确定为氧浓度。然而，如果测定的氧浓度具有明显异常的值，则应排除该值。优选在切削刃面的中心部分中确定该单一位置，因为该部分对切削工具的特性贡献显著，因此适合作为评价切削工具的特性的位置。
在本实施方案的表面被覆切削工具中，基材在距切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度可以为1原子％以下，从而赋予表面被覆切削工具以高耐断裂性和相应的长使用寿命。
本发明人通过关于本公开的研究发现了以下(a)至(c)：
(a)在表面被覆切削工具用基材的切削刃面中，非预期的氧原子进入，来自氧原子的氧浓度在切削刃面附近最高并朝向基材内部逐渐降低；
(b)切削刃面附近的氧浓度越高，氧原子倾向于更深地进入基材中；
(c)在氧原子从切削刃面进入深处的基材中，裂纹很可能从切削刃面向内延伸，并且形成基材的硬质颗粒可能会脱落。
基于上述发现，本发明人设想了本公开的表面被覆切削工具具有高耐断裂性的原因。具体而言，在常规表面被覆切削工具的基材中，非预期的氧原子存在于从切削刃面向内到一定深度位置的区域中。在氧原子以可能影响基材的物理性质的高浓度存在的区域(“高氧区域”)中，基材变脆。因此，在切削刃面中产生的裂纹可能在高氧区域内延伸，该高氧区域从切削刃面向内(沿着基材的深度方向)延伸。
此外，在常规表面被覆切削工具中，高氧区域具有相对大的宽度(从切削刃面朝向基材的内部直线延伸的深度)。因此，产生大(长)的裂纹。因此，包含在高氧区域中的硬质颗粒和大部分位于高氧区域中的硬质颗粒可能会脱落。
相反，本公开的基材在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下，并且高氧区域的宽度小于常规切削工具的宽度或基材不具有高氧区域。因此，可能发生脆化的区域小于常规切削工具，或者没有这样的区域，这提供了比常规切削工具更高的硬度。此外，与常规切削工具相比，即使在产生裂纹的起点时，也减小了裂纹的延伸。
特别地，当深度位置为0.4μm处的氧浓度为1原子％以下时，高氧区域的宽度可能小于位于基材表面中的硬质颗粒的粒径。因此，即使裂纹延伸穿过整个高氧区域，裂纹的长度也比位于基材的最顶表面的硬质颗粒的粒径更小(更短)，并最终抑制了硬质颗粒的脱落。因此，本公开的表面被覆切削工具可以具有高耐磨性和高耐断裂性，因此具有长使用寿命。
优选地，本实施方案中的基材在距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度为10原子％以下。在这种情况下，可以进一步减少裂纹的延伸，并且可以抑制硬质颗粒的脱落。因此，可以进一步延长表面被覆切削工具的寿命。距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度和距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度优选为0原子％。
应变
在本实施方案中，优选地，切削刃面的应变为0.07以下。可以基于X射线衍射法的X射线衍射角(2θ)和衍射强度的基材衍射剖面来确定切削刃面中的应变。此时使用的X射线优选为高亮度X射线如辐射束，因为可以进行高精度测定。
关于通过X射线衍射法获得的X射线衍射角(2θ)和衍射强度的基材衍射剖面，已知衍射峰根据微晶尺寸(即，粒径)和应变每一者而扩展(变宽)。取决于微晶尺寸的衍射峰和取决于应变的衍射峰均可通过洛伦兹函数来进行近似，以通过以下表达式(1)表示衍射峰的积分宽度β，其中β尺寸是取决于微晶尺寸的衍射剖面的积分宽度，β应变是取决于应变的衍射剖面的积分宽度。
β＝β尺寸+β应变...(1)
β尺寸和β应变由以下表达式(2)和表达式(3)表示，其中λ是x射线的波长，ε是微晶尺寸，θ是x射线的入射角，η是应变(非均匀晶格应变)，θ0是布拉格角。此外，将以下表达式(2)和(3)代入上述表达式(1)中以获得以下表达式(4)。
β尺寸＝λ/(εcosθ0)...(2)
β应变＝ηtanθ0...(3)
βcosθ0/λ＝1/ε+ηsinθ0/λ...(4)
在具有表示βcosθ0/λ的纵轴以及表示sinθ0/λ的横轴的双轴图上，绘制了由具有不同2θ值的多个衍射剖面确定的值，并且对曲线进行线性回归。获得的回归线的斜率是应变(非均匀晶格应变)，并且回归线的线段的倒数是微晶尺寸。
上述应变可以是平均值。具体而言，在基材的切削刃面上，确定三个给定的测定位置。在距离测定位置的给定深度位置处获得相应的衍射剖面(入射角不同的多个衍射剖面)，并计算各个测定位置处的η值。确定各个η值的平均值作为应变。测定位置位于基材中距离基材的切削刃面的深度方向上的厚度为1.5μm的区域内。具体而言，在各个测定位置处测定应变，作为从切削刃面到1.5μm深度的区域中的基材的应变的积分值。
本发明人计算了切削刃面的多个测定位置处的各自η值，以确认各个值与平均值之间没有显著差异。因此，可以在切削刃面的给定单一位置处测定应变，并且可以将在该位置处取得的值确定为应变。然而，如果测定的应变具有明显异常的值，则应排除这样的值。优选在切削刃面的中心部分中确定该单一位置，因为切削刃面的中心部分对切削工具的特性贡献显著，因此适合作为评价切削工具的特性的位置。
“0.07以下”的足够小的应变使得表面被覆切削工具的使用寿命更长。在这样的位置处具有小应变的表面被覆切削工具倾向于具有高耐断裂性。该应变更优选为0.05以下。在这种情况下，切削工具的使用寿命可以更长。最优选的是，应变为0。
基材的组成
基材由硬质合金或金属陶瓷制成。硬质合金可以是WC类硬质合金(还包括含有WC和Co的硬质合金，或者含有WC和Co以及另外的Ti、Ta、Nb等的碳氮化物的硬质合金)。金属陶瓷可以是含有TiC、TiN、TiCN等作为主要成分的金属陶瓷。特别地，金属陶瓷优选是TiCN类金属陶瓷。在本实施方案中，优选地，基材用材料的组成有意地不含氧原子。
特别是当WC类硬质合金用作基材时，其结构可包括(例如)游离碳和/或称为η相或ε相的缺陷层。此外，可以对基材的表面进行改性。例如，由硬质合金制成的基材可以具有这样的表面，在该表面中形成有无β层。由金属陶瓷制成的基材可具有形成于其中的表面硬化层。表面改性的基材仍然呈现所需的有利效果。
对于由硬质合金制成的基材，硬质合金的组成优选由5质量％至7质量％的钴、0.01质量％至3质量％的第一金属的碳化物和余量的碳化钨和不可避免的杂质构成。对于由金属陶瓷制成的基材，金属陶瓷的组成优选由5质量％至25质量％的钴或镍、5至40质量％的碳化钨和余量的不可避免的杂质和选自第一金属的碳化物、第一金属的氮化物和第一金属的碳氮化物中的至少一者构成。因此，可以包括由硬质合金或金属陶瓷制成的基材，该基材在高温下的硬度和强度之间的均衡方面特别优异。
第一金属是选自由元素周期表中的第IV族元素、第V族元素和第VI族元素构成的组中的一种或多种金属。因此，第一金属的碳化物可以是TiC、ZrC、VC、NbC、TaC、Cr3C2、Mo2C等。第一金属的氮化物可以是TiN、TaN等。第一金属的碳氮化物可以是TiCN、ZrCN等。
硬质颗粒的粒径
在本实施方案中，优选地，基材包括硬质颗粒，并且硬质颗粒的粒径为0.5μm以上。
硬质颗粒是构成基材的晶粒中的硬质成分的晶粒。例如，由WC类硬质合金制成的基材中的硬质颗粒因此是WC颗粒，并且由金属陶瓷制成的基材中的硬质颗粒因此是TiCN颗粒和含有Ti的复合碳氮化物颗粒。
可以通过下列方式测定硬质颗粒的粒径。首先，对基材的截面进行镜面抛光。用电子显微镜在5000x的放大倍数下观察截面中给定区域的背散射电子图像。接下来，测定被确认为基材的主要成分的晶粒的外接圆的直径(即，外接圆当量直径)。将测定的直径确认为硬质颗粒的粒径。以这种方式，计算至少50个硬质颗粒的各自的粒径，并且将所计算的粒径的平均值确定为硬质颗粒的粒径。
如果硬质颗粒的粒径为0.5μm以上，则裂纹的长度可能小于硬质颗粒的粒径，并且最终抑制硬质颗粒的脱落，这使得表面被覆切削工具的使用寿命进一步延长。然而，如果硬质颗粒的粒径过大，则基材本身的硬度趋于降低。因此，优选地，硬质颗粒的粒径为5μm以下。更优选地，硬质颗粒的粒径为0.5μm至4μm。
从前述内容可以看出，根据本实施方案的表面被覆切削工具对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性方面优异，因此可以具有更长的使用寿命。
<<表面被覆切削工具的制造方法>>
根据本实施方案的表面被覆切削工具的制造方法是用于制造上述表面被覆切削工具的方法。该方法包括以下步骤：在基材上形成覆膜；和对覆膜中对应于第一区域的部分进行表面处理。以这种方式，可以制造这样的表面被覆切削工具，该表面被覆切削工具具有更高的对覆膜断裂(包括例如剥离和崩裂)的耐性。
<在基材上形成覆膜的步骤>
在本实施方案中，适合通过化学气相沉积(CVD)法在基材上形成覆膜。CVD法的膜沉积温度为800℃至1200℃，这高于物理气相沉积法的膜沉积温度。因此，与物理气相沉积法相比，CVD法可用于产生有利的效果，即增强基材和覆膜之间的密着性。在覆膜中，还可以在常规已知的条件下形成氧化铝层之外的其他层。
当形成α-Al2O3层作为氧化铝层时，例如，原料气体可以(例如)是包含AlCl3、HCl、CO2、H2S和H2的气体混合物。气体混合物的组分的各自含量为：1.3体积％至2.5体积％的AlCl3、2体积％至6体积％的HCl、0.6体积％至6体积％的CO2、0.2体积％至2体积％的H2S和余量的H2。关于CVD法的条件，温度为950℃至1050℃，压力为1kPa至10kPa，气体流速(总气体流速)为10L/min至150L/min。
可以通过适当调节膜沉积时间，从而调节α-Al2O3层的厚度和其他层的各自厚度(各个层的膜沉积速率为约0.5μm/hr至2.0μm/hr)。
<对覆膜中对应于第一区域的部分进行表面处理的步骤>
在本实施方案中，该方法包括将对应于第一区域的部分进行表面处理的步骤。特别地，表面处理优选包括刷光或喷丸。因此，可以有利地制造这样的表面被覆切削工具，其能够保持氧化铝层中的晶粒的耐磨性，同时抑制切削刃的突然崩裂。
具体而言，在以上述方式在基材上形成覆膜之后，对覆膜中对应于第一区域的部分进行表面处理。在下文中，描述了这样的例子，其中例如进行喷丸(特别是湿式喷丸)作为表面处理。
如图5所示，从以10°至80°(例如45°)的角度设置的喷射嘴的前端向表面被覆切削工具11的刃棱线12施加平均粒径为25μm至100μm的固体微粒(例如平均粒径为70μm的陶瓷磨粒)。与此同时，使表面被覆切削工具11围绕轴中心(即，前刀面中心处的通孔13)以10rpm至50rpm的速度旋转。
此时，喷射压力可以为0.05MPa至0.25MPa(例如0.05MPa)，喷射距离可以为2mm至100mm(例如50mm)，喷射时间可以为5秒至20秒，并且固体微粒的密度可以为5体积％至15体积％(余量为液体，其中水是主要成分)。由于刃棱线12与喷射嘴前端的距离随着表面被覆切削工具11的旋转而变化，所以优选使表面被覆切削工具11的旋转与喷射嘴的位置的移动同步，使得刃棱线12与喷射嘴前端之间的距离保持恒定。
对覆膜中对应于第一区域的部分进行的表面处理不应限于上述方法。可以在已知条件下应用除了湿式喷丸之外的广为人知的常规刷光、桶式精加工和各种喷丸处理(喷砂、喷丸硬化等)。
优选地，根据本实施方案的表面被覆切削工具的制造方法还包括准备基材前体的步骤以及通过对基材前体的表面进行机械加工以制作基材的步骤。优选地，制作基材的步骤中的机械加工是以下中的一者：交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理；或进行干磨的第三研磨处理。
本发明人着重于对基材前体进行的机械加工。对“基材前体”进行机械加工，将其表面斜削以形成切削刃，从而形成“基材”。具体而言，机械加工是为了赋予基材前体(如烧结体)以适合于切削工具的基材的性能而进行的处理。为了机械加工硬质基材前体，在工业上进行湿磨以抑制机械加工过程中的热量产生或提高工艺质量。本发明人发现用于该湿磨的水是上述氧原子的来源。现在对各个步骤进行详细描述。
<准备基材前体的步骤>
在该步骤中，准备基材前体。基材前体可以是如上所述的硬质合金或金属陶瓷。基材前体的形状是如上所述中的一者，因此与基材的形状相似，不同之处在于基材前体还不具有切削刃面。
<制作基材的步骤>
在该步骤中，对基材前体的表面进行机械加工。机械加工是以下中的一者：交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理；或进行干磨的第三研磨处理。以这种方式，可以制作用于本公开的表面被覆切削工具的基材。
基材前体的将要进行机械加工的表面是棱线附近部分，其包括基材前体的第一表面和第二表面相交处的棱线，以及棱线的附近。基材前体的第一表面和第二表面是将要形成基材的前刀面和后刀面的相应部分，并且基材前体的棱线附近部分是将要形成基材的切削刃面的部分。
例如，机械加工成弧形的棱线附近部分形成如图4所示的珩磨的切削刃面，并且机械加工成平坦形状的棱线附近部分形成负刃带切削刃面(未示出)。具体而言，机械加工是将基材前体的棱线附近部分进行斜削。
第一研磨处理
第一研磨处理中的湿磨(使用水进行研磨的处理)的例子可包括湿式刷光、湿桶式精加工和湿式喷丸。该湿磨的条件没有特别限制。例如，湿磨可以是高进给高切削深度研磨或低进给低切削深度研磨。就生产率而言，湿磨优选为高进给高切削深度湿磨。本文中的湿磨的低进给和低切削深度根据研磨类型而变化。例如，在低进给低切削深度湿式刷光的情况下，进给为200mm/sec以下并且切削深度为1.5mm以下。在(例如)作为湿式刷光的高进给高切削深度湿磨的情况下，进给为300mm/sec以上并且切削深度为3mm以上。
第一研磨处理中的干磨(不使用水进行研磨的处理)的例子可包括干式刷光、干桶式精加工和干式喷丸。该干磨的条件没有特别限制。例如，干磨可以是高进给高切削深度研磨或低进给低切削深度研磨。就生产率而言，干磨优选为高进给高切削深度干磨。本文中的干磨的低进给和低切削深度根据研磨类型而变化。例如，在低进给低切削深度干式刷光的情况下，进给为150mm/sec以下并且切削深度为1mm以下。在(例如)作为干式刷光的高进给高切削深度干磨的情况下，进给为250mm/sec以上并且切削深度为2.5mm以上。
第一研磨处理能够制造上述具有低氧浓度的切削工具的原因如下。对于将基材前体常规机械加工成基材，进行高进给高切削深度湿磨。对此的第一个原因是高进给高切削深度湿磨的高生产率。对此的第二个原因是干磨被认为会由于在研磨期间产生的热量而导致基材劣化。对此的第三个原因是认为低进给低切削深度湿磨的生产率低。
然而，这种高进给高切削深度湿磨导致氧从切削刃面向基材内部进入，从而导致基材本身的硬度降低并且基材和覆膜之间的密着性降低。
相反，根据本实施方案中的制造方法，进行重复湿磨和干磨的机械加工，而不是进行高进给高切削深度湿磨的常规机械加工。这种机械加工为经处理的表面(切削刃面)提供以下优点。
进行单一湿磨处理以对基材前体进行斜削，同时氧从基材前体的表面进入。与常规处理相比，可以缩短进行这种湿磨所花费的时间。因此，单一湿磨处理后的高氧区域的宽度小于常规处理。此外，湿磨后的干磨不会使氧进入基材前体。因此，进行干磨以进行斜削，同时去除在先前湿磨期间形成的高氧区域。
因此，高氧区域的宽度明显小于常规处理，或者没有可能影响基材的物理性质的高氧区域。因此，制造了在距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下的上述基材。
尽管对湿磨和干磨重复进行的次数没有特别限制，但湿磨和干磨各自进行至少一次。优选地，湿磨和干磨交替重复三次以上。以这种方式，可以进一步减少在每次湿磨处理中形成的高氧区域的宽度。因此，还可以进一步降低最终的高氧区域宽度。高氧区域中的氧浓度本身也可以降低。
优选地，机械加工处理中的初始处理是湿磨，并且机械加工处理中的最终处理是干磨。因此，可以进一步减少在每次湿磨期间形成的高氧区域的宽度，并且可以使高氧区域的最终宽度显著减小。也可以使高氧区域中的氧浓度较低。另外，通过减少单一处理的能量，可以将基材的切削刃面中的应变控制得较小。
第二研磨处理
与第一研磨处理类似，第二研磨处理中的低进给低切削深度湿磨的例子可包括湿式刷光、湿桶式精加工和湿式喷丸。第二研磨处理抑制了由常规的高进给高切削深度湿磨引起的氧进入基材，因此能够制造上述具有低氧浓度的切削工具。
第二研磨处理中的湿磨优选以一定间隔进行，而不是连续进行。具体而言，优选地，重复这样的处理，其中湿磨进行给定时间，随后停止给定时间，随后进行给定时间，等等。以这种方式，可以改善抑制氧进入的有利效果。
第三研磨处理
与第一研磨处理类似，第三研磨处理中的干磨的例子可包括干式刷光、干桶式精加工和干式喷丸。对在第三研磨处理中进行这种干磨的条件没有特别限制。例如，干磨可以是高进给高切削深度研磨或低进给低切削深度研磨。就生产率而言，高进给高切削深度干磨是优选的。第三研磨处理抑制了由常规的高进给高切削深度湿磨引起的氧进入基材，因此能够制造上述具有低氧浓度的切削工具。
第一研磨处理、第二研磨处理和第三研磨处理如上所述。机械加工优选是第一研磨处理。在这种情况下，可以在保持高生产率的同时制造具有低氧浓度的切削工具。
实施例
下文中，将参照以下实施例对本发明进行更加详细的描述。然而，本发明不限于下述实施例。
<<样品No.1的表面被覆切削工具的制造>>
以下列方式制造样品No.1的表面被覆切削工具(可转位刀片)。样品No.1的表面被覆切削工具由具有以下规格的基材形成。
刀片型号：CNMG120408N-UX(由Sumitomo Electric Hardmetal制造)
材料：JIS B4120(2013)规定的硬质合金
<基材的制造>
首先，将由组成为2.0质量％的NbC、6质量％的Co和余量的WC(含有不可避免的杂质)的混合物制成的原料粉末加压成形成预定形状，然后在1300℃至1500℃下烧结1至2小时。因此，获得了基材前体。
接下来，在基材前体的棱线附近部分上，依次交替重复下述湿磨和干磨五次。由此对基材前体的棱线附近部分进行机械加工(珩磨)，从而形成半径为0.05mm(R＝0.05mm)的弧形切削刃面。以此方式，制造了样品No.1的基材。
湿磨
类型：桶式精加工
介质：塑料
处理液：水
时间：15分钟
干磨
类型：刷光
刷子：尼龙
转速：100rpm
切削深度：0.8mm
进给：120mm/sec
处理液：无
时间：1分钟
膏：平均粒径为10μm以下的金刚石膏(膏中含有的液体成分是固体油)
<覆膜的形成>
接下来，使用CVD装置，在表1所示的压力、温度和气体混合物组成的条件下，在样品No.1的基材的整个表面上形成覆膜。具体而言，自基材表面起依次堆叠厚度为0.3μm的TiN层、厚度为8μm的TiCN层、厚度为5.5μm的α-Al2O3层、以及厚度为0.7μm的TiN层，由此制造覆膜。表1中的“MT-TiCN”是指相对于其他CVD方法，在850℃至950℃的相对温和的温度环境中形成TiCN膜。
[表1]
Figure BDA0001977111340000261
<表面处理>
接下来，对在样品No.1的基材表面上形成的覆膜中与第一区域相对应的部分进行以下表面处理(湿式喷丸)。具体而言，在基材(基材的表面上形成有覆膜)以60rpm的速度围绕前刀面中的通孔(作为轴心)旋转的同时，从喷射嘴的前端施加粒径为70μm的陶瓷(氧化铝)磨粒以进行湿式喷丸，其中该喷射嘴以相对于假想棱线45°的方向布置，该假想棱线是由包括前刀面的假想平面和包括后刀面的假想平面形成的。此时，陶瓷磨粒的喷射压力为0.10MPa，喷射时间为5秒至10秒，密度为10体积％(其余是溶剂，其中水为主要成分)。另外，从喷射嘴到基材上的切削刃面的喷射距离为10mm，并且从喷射嘴到基材上的前端R的喷射距离为15mm。以这种方式，制造了样品No.1的表面被覆切削工具。
<<样品No.2的表面被覆切削工具的制造>>
以下列方式制造样品No.2的表面被覆切削工具(可转位刀片)。样品No.2的表面被覆切削工具由具有以下规格的基材形成。
刀片型号：CNMG120408N-UX(由Sumitomo Electric Hardmetal制造)
材料：P20级金属陶瓷
<基材的制造>
首先，将由组成为7质量％的NbC、7质量％的Mo2C、10质量％的Co、5质量％的Ni、20质量％的WC和余量的TiCN(含有不可避免的杂质)的混合物制成的原料粉末加压成形成预定形状，然后在1300℃至1650℃下烧结1至2小时。因此，获得了基材前体。然后，在与样品No.1相同的条件下，对基材前体进行机械加工。因此，制造了样品No.2的基材。
<覆膜的形成>
在样品No.2的基材上，在与样品No.1的基材上形成覆膜的条件相同的条件下形成覆膜，并对覆膜进行表面处理。
<<样品No.3、4、5的表面被覆切削工具的制造>>
以与样品No.1相同的方式制造样品No.3、4、5的表面被覆切削工具，不同之处在于：改变各个基材前体的机械加工，具体而言，不同之处在于改变湿磨和干磨各自的处理时间和重复次数。
<<样品No.6的表面被覆切削工具的制造>>
以与样品No.1相同的方式制造样品No.6的表面被覆切削工具，不同之处在于：改变基材前体的机械加工，使得仅进行常规湿磨。
<<样品No.7的表面被覆切削工具的制造>>
以与样品No.1相同的方式制造样品No.7的表面被覆切削工具，不同之处在于：基材前体的机械加工仅是常规湿磨，并且对在基材的表面上形成的覆膜的第一区域没有进行表面处理。
<<样品No.8的表面被覆切削工具的制造>>
以与样品No.2相同的方式制造样品No.8的表面被覆切削工具，不同之处在于：基材前体的机械加工仅是常规湿磨，并且对在基材的表面上形成的覆膜的第一区域没有进行表面处理。
<<样品No.9的表面被覆切削工具的制造>>
以与样品No.1相同的方式制造样品No.9的表面被覆切削工具，不同之处在于：对在基材的表面上形成的覆膜的第一区域没有进行表面处理。
以这种方式，制造了样品No.1至9的表面被覆切削工具。样品No.1至6的表面被覆切削工具为实施例，样品No.7至9的表面被覆切削工具为比较例。对于下述各种特性(氧浓度、应变、TC(110)和耐断裂性试验)的评价，对于样品No.1至9的每一组制备四个表面被覆切削工具。
<<特性的评价>>
<氧浓度和应变的测定>
对于样品No.1至9的表面被覆切削工具，以上述方式测定了距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度，距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度，以及切削刃面中的应变(距离切削刃面1.5μm的深度位置处的应变)。
在切削刃面(R＝0.05mm的珩磨表面)的三个给定测定位置处分别测定氧浓度和应变，并计算测定值的平均值。三个测定位置中的一个测定位置是切削刃面的中心部分。表2示出了所计算的氧浓度和应变(平均值)。
使用了以下装置。
XPS分析仪(用于测定氧浓度)：商品名“JPS-9030”，由JEOL Ltd.制造。
X射线装置(用于测量应变)：设施名称“SPring-8”，Japan SynchrotronRadiation Research Institute：JASRI
用于通过X射线衍射法测定应变的SPring-8的辐射(高亮度x射线)条件如下。
光束线：BL16XU
入射X射线能量：10keV
入射角：9.5°
扫描范围：2θ下18°至97°
在表2中，“氧浓度原子％(0.4μm)”栏表示距离切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度(原子％)，并且“氧浓度原子％(0.2μm)”栏表示距离切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度(原子％)。
<TC(110)的测定>
对于样品No.1至9的表面被覆切削工具，使用X射线衍射仪(商品名：“SmartLab(注册商标)3”，由Rigaku公司制造)，使用Cu-KαX射线并根据θ-2θ法获得α-Al2O3层的衍射剖面。管电压为45kV并且管电流为200mA。对于X射线照射范围，使用针孔型准直器将X射线施加到前刀面上直径为0.3mm的范围内。
在样品No.1至9的表面被覆切削工具上，基于假想刃棱线限定x射线照射位置。各个假想刃棱线是前刀面的假想延伸和后刀面的假想延伸彼此相交处的线。具体而言，如图1所示，沿着连接前刀面的角部100和角部200的对角线，从角部100开始，以0.7mm的间隔设置测定点(第一测定点1、第二测定点2、第三测定点3、第四测定点4、第五测定点5)。角部100和角部200均为具有锐角(θ＝80°，该角度是由相互交叉的两条假想刃棱线形成的)的前刀面角部。对于这些测定点，在上述条件下施加X射线。由获得的α-Al2O3层的衍射剖面，计算每个测定位置的TC(110)。下表2示出了测定结果。
在样品No.1至9的表面被覆切削工具上，第一区域包括从刃棱线到前刀面上的假想线的区域(区域A)，该假想线沿着刃棱线延伸并且位于距离刃棱线1mm处。因此，第一测定点1和第二测定点2包括在第一区域中。第二区域是前刀面上除了区域A之外的区域。因此，第三测定点3、第四测定点4和第五测定点5包括在第二区域中。因此，在第一测定点1和第二测定点2处获得的TC(110)的平均值是a的值。在第三测定点3、第四测定点4和第五测定点5处获得的TC(110)的平均值是b的值。
<耐断裂性试验>
对于样品No.1至9的表面被覆切削工具，在以下切削条件下进行切削。在切削时间经过三分钟后，目视检查切削刃的状态以及覆膜是否发生剥离。试验结果也示出在下表2中。在表2中，“正常磨损”是指仅有磨损痕迹，并且在切削刃上未确认到细微的崩裂或断裂。“轻微崩裂”是指尽管在切削刃上未确认到断裂，但是确认到一处至三处崩裂位点。“崩裂”是指尽管在切削刃上未确认到断裂，但是确认到四处至八处细微的崩裂位点。“明显崩裂”是指在切削刃上至少确认到断裂或多于八处细微的崩裂位点。
切削条件
工件：SCM415(JIS)沟槽材料
切削速度：150m/min
进给：0.2mm/rev
切削深度：1.5mm
切削液：水溶性切削油
评价：比较切削3分钟后的切削刃状态和有无覆膜剥离
Figure BDA0001977111340000311
<试验结果和分析>
如表2所示，样品No.1至6满足关系式b-a>0.5，并且未确认到覆膜的剥离。耐断裂性试验也获得了有利结果。特别地，据发现具有足够低的氧浓度和足够小的应变的样品No.1至3在耐断裂性试验中评价为“正常磨损”，因此具有高的耐断裂性。从上述可以看出，与不满足关系式b-a>0.5的样品No.7、8和9相比，样品No.1至6是具有更高的对覆膜断裂(包括剥离和崩裂)的耐性的表面被覆切削工具。
本发明的实施方案和实施例如上所述。最初的愿意是上述实施方案和实施例的特征可以适当地以各种方式进行组合或修改。
应当理解的是，本文所公开的实施方案和实施例在所有方面都是示例性而非限制性的。本发明的范围旨在由权利要求书、而不是上述说明来限定，并且包括与权利要求书的含义和范围等同的所有修改和变化。
附图标记列表
1第一测定点；2第二测定点；3第三测定点；4第四测定点；5第五测定点；10基材；10a前刀面；10b后刀面；10c切削刃面；11表面被覆切削工具；12刃棱线；13通孔；100角部；200角部

Claims (10)

1.一种表面被覆切削工具，具有前刀面和后刀面，
所述表面被覆切削工具包括基材和形成在所述基材上的覆膜，
所述基材为硬质合金或金属陶瓷，
所述覆膜包括含有多个氧化铝晶粒的氧化铝层，
所述氧化铝层包括：
由所述前刀面上的区域A和所述后刀面上的区域B构成的第一区域；
所述前刀面上除了所述区域A之外的第二区域；和
所述后刀面上除了所述区域B之外的第三区域，
所述区域A是从刃棱线到所述前刀面上的假想线的区域，其中所述刃棱线是所述前刀面的假想延伸和所述后刀面的假想延伸彼此交叉处的线，并且所述前刀面上的假想线是沿着所述刃棱线延伸并且位于距离所述刃棱线1mm处的线，
所述区域B是从所述刃棱线到所述后刀面上的假想线的区域，其中所述后刀面上的假想线是沿着所述刃棱线延伸并且位于距离所述刃棱线1mm处的线，
所述氧化铝层满足关系式：b-a>0.5，其中a是织构系数TC(hkl)中所述第一区域内的TC(110)的平均值，并且b是织构系数TC(hkl)中所述第二区域或所述第三区域内的TC(110)的平均值，
所述基材具有表面，
所述表面包括所述前刀面、所述后刀面和连接所述前刀面与所述后刀面的切削刃面，并且
所述基材在距离所述切削刃面0.4μm的深度位置处的氧浓度为1原子％以下。
2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述a满足关系式：2<a。
3.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中所述氧化铝层是含有α-Al2O3晶粒作为主要成分的α-Al2O3层。
4.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中所述基材在距离所述切削刃面0.2μm的深度位置处的氧浓度为10原子％以下。
5.根据权利要求1或4所述的表面被覆切削工具，其中所述切削刃面的应变为0.07以下。
6.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中
所述硬质合金的组成由5质量％至7质量％的钴、0.01质量％至3质量％的第一金属的碳化物和余量的碳化钨和不可避免的杂质构成，
所述金属陶瓷的组成由5质量％至25质量％的钴或镍、5质量％至40质量％的碳化钨、以及余量的不可避免的杂质和选自第一金属的碳化物、第一金属的氮化物和第一金属的碳氮化物中的至少一者构成，并且
所述第一金属是选自由元素周期表中的第IV族元素、第V族元素和第VI族元素构成的组中的至少一种金属。
7.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中所述覆膜还包括由以下元素制成的化合物层：
选自由元素周期表中的第IV族元素、第V族元素和第VI族元素、铝和硅构成的组中的至少一种第一元素；和
选自由硼、碳、氮和氧构成的组中的至少一种第二元素。
8.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中所述覆膜是化学气相沉积膜。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的表面被覆切削工具的制造方法，所述方法包括：
准备基材前体；
通过对所述基材前体的表面进行机械加工以制造基材；
在所述基材上形成所述覆膜；以及
对所述覆膜中对应于所述第一区域的部分进行表面处理，
所述机械加工是以下处理中的一种：
交替重复湿磨和干磨的第一研磨处理；
进行低进给低切削深度湿磨的第二研磨处理，或
进行干磨的第三研磨处理。
10.根据权利要求9所述的表面被覆切削工具的制造方法，其中所述表面处理至少包括刷光或喷丸。
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