专利名称：表面被覆切削刀具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及特别是在伴随有高热发生的高速切削条件下对Ti基合金、Ni基合金、Co基合金以及含有高Si的Al-Si系合金等硬质难切削材料进行切削加工时也能够发挥优异的耐磨损性的表面被覆切削刀具及其制造方法。
本申请要求以下的在先申请的优先权并在此引用它们的内容，所述在先申请是2004年6月18日申请的特愿2004-181248号、同日申请的特愿2004-181250号、同日申请的特愿2004-181251号、2004年11月30日申请的特愿2004-345465号、同日申请的特愿2004-345471号、同日申请的特愿2004-345474号、2004年12月1日申请的特愿2004-348163号、同日申请的特愿2004-348170号、以及同日申请的特愿2004-353531号。
背景技术：
一般来说，作为表面被覆切削刀具，有用来对各种钢或铸铁等被切削材料进行旋削加工或平面切削加工的、可自由拆装地安装在刀杆的前端使用的刀头可更换式刀片，用来对上述被切削材料进行诸如开孔切削加工的钻头或微型钻头，以及，用来对上述被切削材料进行表面切削加工或槽加工、台肩加工的整体式的立铣刀等，此外，可自由拆装地安装上述可更换式刀片而进行与上述整体式的立铣刀同样的切削加工的刀头可更换式立铣刀等刀具也已经公知。
此外，作为表面被覆切削刀具，在由碳化钨(以下用WC表示)或者碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷构成的切削刀具基体的表面上作为硬质被覆层通过物理蒸镀以0.8～5μm的平均层厚形成由含有Ti和Al的复合氮化物[以下用(Ti，Al)N表示]层构成的耐磨损硬质层的表面被覆切削刀具已经公知，并且众所周知，上述(Ti，Al)N层因具有作为构成成分的Al而具有高温硬度和耐热性，因具有作为构成成分的Ti而具有高温强度，因此，在将上述表面被覆切削刀具用来对各种钢或铸铁等进行连续切削或断续切削加工时能够发挥优异的切削性能。
其次，人们还知道如下制造上述表面被覆切削刀具的方法，即，将上述切削刀具基体装入例如如图3的概略说明图所示的一种物理蒸镀装置的电弧离子镀覆装置中，在以加热器将装置内部加热到例如500℃的温度的状态下，使得阳极电极与装有具有既定组成的含有Ti和Al的合金的阴极电极(蒸发源)之间例如在90A电流的条件下产生电弧放电，同时，作为反应气体向装置内导入氮气，例如形成2Pa的反应气氛，另一方面，在对上述切削刀具基体例如施加-100V偏置电压的条件下，作为硬质被覆层在上述切削刀具基体的表面蒸镀由上述(Ti，Al)N层形成的耐磨损硬质层(例如可参照特开平8-209333号公报、特开平7-310174号公报、特开平4-26756号公报等)。
近年来，切削加工装置的高性能化和自动化程度引人瞩目，另一方面，人们要求切削加工的省力化、节能化以及低成本化，随之出现了强烈希望制造出可实现切削加工的高速化而不受被切削材料种类的限制的具有通用性的表面被覆切削刀具的倾向，然而，上述现有的表面被覆切削刀具的现状是，虽然在用来对各种钢或铸铁等被切削材料进行通常切削加工条件下的切削加工的场合不存在问题，但在用来对特别是Ti基合金、Ni基合金、Co基合金以及含有高Si的Al-Si系合金等硬质难切削材料进行高速切削条件下的切削加工的场合，切削时产生的极高的热量会促使耐磨损硬质层的磨损显著加快，因而会在较短的时间内达到使用寿命。
发明内容
从上述观点出发，本发明人为了开发出特别对上述硬质难切削材料进行高速切削加工时其耐磨损硬质层能够发挥优异的耐磨损性的表面被覆切削刀具，对上述现有的表面被覆切削刀具进行了研究，研究的结果发现，若将上述现有表面被覆切削刀具的作为硬质被覆层的(Ti，Al)N层作为下层，而在其上作为上层形成硼化铬(以下用CrB2表示)层，则可使所述CrB2层具有优异的热稳定性，即便是在特别对作为被切削材料的硬质难切削材料进行高速切削时被所产生的高热加热到高温的状态下，与作为上述被切削材料的硬质难切削材料的亲和性也极低，可保持很低的反应性，因此，能够很好地保护作为上述下层的(Ti，Al)N层，其结果，能够使(Ti，Al)N层长期发挥所具有的优异的特性。特别是了解到，作为下层的(Ti，Al)N，从高温硬度、耐热性以及高温强度等方面来说，最好是其组成式为(Ti1-X，AlX)N(按照原子比，X为0.40～0.75)。
本发明的硬质被覆层可以这样制造出来，即，例如使用构造如图2A的概略俯视图、图2B的概略主视图所示电弧离子镀覆装置(以下简称为AIP装置)和溅射装置(以下简称为SP装置)共存的蒸镀装置，即，装置中央部位设置有切削刀具基体安装用旋转台，在隔着该旋转台的某一侧，作为上述AIP装置的阴极电极(蒸发源)配置有具有既定组成的含有Ti和Al的合金，在另一侧，作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)配置有CrB2烧结体(例如，作为原料粉末使用CrB2粉末，通过热压成形而成的烧结体)的蒸镀装置，在该装置的上述旋转台上的、距中心轴既定径向距离的位置上，沿外周部呈环形安装多个切削刀具基体，在该状态下，使装置内形成氮气气氛，使上述旋转台旋转，并且为了使通过蒸镀形成的硬质被覆层的层厚均匀而使切削刀具基体本身也自转，与此同时，基本上首先使得上述含有Ti和Al的合金的阴极电极(蒸发源)和阳极电极之间产生电弧放电，作为耐磨损硬质层在上述切削刀具基体的表面通过蒸镀以0.8～5μm的平均层厚形成(Ti，Al)N层，其次，将上述蒸镀装置内的气氛从氮气气氛改变成实质上的Ar气氛，并且使作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)而配置的CrB2烧结体开始溅射，作为重叠在上述(Ti，Al)N层上的表层，通过蒸镀以0.8～5μm的平均层厚形成CrB2层。
另外还发现，对于诸如高速进行断续切削的情况下发生剥离等问题的场合，若作为下层的(Ti，Al)N层和作为上层的CrB2层之间存在有平均层厚为0.1～0.5μm的紧密结合层，则由于紧密结合层与上述作为下层的(Ti，Al)N层和作为上层的CrB2层均牢固结合，因而上述(Ti，Al)N层对于切削刀具基体表面具有优异的紧密结合性，相应于此，作为介于上述CrB2层和(Ti，Al)N层之间存在有紧密结合层而构成的硬质被覆层，即便是对上述硬质难切削材料进行伴随有高热发生的高速切削，也不会发生层间剥离，能够发挥优异的耐磨损性。作为上述紧密结合层，最好是氮化铬(以下用CrN表示)或者是含有Ti和Al和Cr的复合硼氮化物层。
在作为紧密结合层蒸镀CrN层的场合，可以使用构造如图1A的概略俯视图、图1B的概略主视图所示AIP装置和SP装置共存的蒸镀装置，即，作为上述AIP装置的阴极电极(蒸发源)配置有具有既定组成的Cr金属、含有Ti和Al的合金，在另一侧，作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)配置有CrB2烧结体的蒸镀装置，在边使安装有切削刀具的旋转台旋转边使切削刀具本身也自转的同时以前面记载的方法通过蒸镀形成(Ti，Al)N层之后，使(Ti，Al)N层的氮气气氛保持原样，使得上述金属Cr的阴极电极(蒸发源)和阳极电极之间产生电弧放电而创造出CrN层形成条件，之后，将上述蒸镀装置内的气氛从氮气气氛改变为Ar和氮气的混合气体气氛，但要随着时间的推移逐渐增加Ar的导入比例，逐渐减少氮气的导入比例，最终形成Ar气氛，并且，在向上述蒸镀装置中导入Ar和氮气的混合气体的同时，使作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)而配置的CrB2烧结体开始溅射，由此可形成CrN层。
在作为紧密结合层蒸镀含有Ti和Al和Cr的复合硼氮化物层的场合，可以使用构造如图2A的概略俯视图、图2B的概略主视图所示AIP装置和SP装置共存的蒸镀装置，即，作为上述AIP装置的阴极电极(蒸发源)配置有具有既定组成的含有Ti和Al的合金，在另一侧，作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)配置有CrB2烧结体的蒸镀装置，在边使安装有切削刀具的旋转台旋转边使切削刀具本身也自转的同时，作为耐磨损硬质层以前面记载的方法通过蒸镀形成(Ti，Al)N层之后，在使上述耐磨损硬质层形成用含Ti和Al的合金的阴极电极和阳极电极之间的电弧放电继续进行的情况下，替代氮气而向装置内导入Ar和氮气的混合气体，通过使作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)而配置的CrB2烧结体发生溅射，可形成含有Ti和Al和Cr的复合硼氮化物层。
此外，作为本发明的耐磨损硬质层，也可以是将一部分Al置换为Si或B的、含有Ti和Al和Si的复合氮化物[以下用(Ti，Al，Si)N表示]层或含有Ti和Al和B的复合氮化物[以下用(Ti，Al，B)N表示]层，以替代(Ti，Al)N层。特别是从耐热性和高温硬度等方面考虑，它们的组成式最好是(Ti1-X，AlX-Y，SiY)N(X0.40～0.75，Y0.10以下)；(Ti1-X，AlX-Z，BZ)N(X0.40～0.75，Z0.10以下)。
在作为(Ti，Al)N层形成(Ti，Al，Si)N层或(Ti，Al，B)N层的场合，除了在图1A、1B以及图2A、2B所示的蒸镀装置中，作为AIP装置的含有Ti和Al的合金阴极电极(蒸发源)使用具有既定组成的下层形成用含Ti和Al和Si合金或含Ti和Al和B合金之外，可以用与前面所记载的同样的方法进行制造。
下面，就对本发明的表面被覆切削刀具的硬质被覆层的构成层如上所述进行数值限定的理由进行说明。
虽说构成耐磨损硬质层的(Ti，Al)N(组成式(Ti1-X，AlX)N)层中的Al成分具有提高高温硬度和耐热性的作用，另一方面，其中的Ti成分具有提高高温强度的作用，但若表示Al的比例的X值作为在与Ti的合计量中所占的比例(原子比，下同)不足0.40，则相对而言Ti的比例将过多，对高速切削所提出的优异的高温硬度和耐热性的要求无法得到保证，将促使磨损加快。另一方面，若表示Al的比例的X值超过0.75，则相对而言Ti的比例将过少，高温强度将降低，其结果，刃部容易发生崩刃(微小缺口)，促使磨损加快。因此，X值以0.40～0.75为宜。
若构成耐磨损硬质层的(Ti，Al)N层的平均层厚不足0.8μm，则不足以长期发挥本身所具有的优异的耐磨损性，另一方面，若其平均层厚超过5μm，则在对上述硬质难切削材料进行高速切削时，刃部容易发生崩刃，因此，其平均层厚以0.8～5μm为宜。
构成上层的CrB2层如上所述具有极为稳定的热稳定性，具有与被加热到高温的被切削材料以及切屑之间的反应性非常低的特性，因此，即便是对硬质难切削材料进行显著产生热量的高速切削，也能够保护作为下层的(Ti，Al)N层避免与上述被加热到高温的被切削材料以及切屑发生反应，发挥抑制其磨损加剧的作用，但是，若其平均层厚不足0.8μm，则无法使上述作用达到所希望的效果，另一方面，若其平均层厚过厚而超过5μm，则成为发生崩刃的原因，因此，其平均层厚以0.8～5μm为宜。
而在作为下层的(Ti，Al)N层和作为上层的CrB2层之间存在有紧密结合层的场合，若其平均层厚不足0.1μm，则无法保证在上层与下层之间具有牢固的接合强度，另一方面，若其平均层厚超过0.5μm，则硬质被覆层的强度会在紧密结合层处降低，这将成为发生崩刃的原因，因此，其平均层厚以0.1～0.5μm为宜。
此外，在替代(Ti，Al)N层而采用将一部分Al以Si或B进行置换的(Ti，Al，Si)N层(组成式(Ti1-X，AlX-Y，SiY)N)或(Ti，Al，B)N层(组成式(Ti1-X，AlX-Z，BZ)N)的场合，是通过将一部分Al以Si或B进行置换而使得Si成分或B成分与Al共存从而提高耐热性和高温硬度的，但是，若表示Si的比例的Y值或表示B的比例的Z值作为在与Ti和Al的合计量中所占的比例而超过0.10，则高温强度将降低，因此，Y值以及Z值以在0.10以下为宜。
作为本发明的表面被覆切削刀具，其构成硬质被覆层的下层的(Ti，Al)N层、(Ti，Al，Si)N层或(Ti，Al，B)N层具有优异的高温硬度和耐热性并具有优异的高温强度，并且通过作为上层的CrB2层可保证与被切削材料之间具有优异的热稳定性(极低的反应性)，因此，即便硬质难切削材料的切削加工以伴随着产生高发热量的高速进行，也能够长期发挥优异的耐磨损性。
图1A是用来形成构成第1实施形式表面被覆切削刀具之表面被覆层的蒸镀装置的概略俯视图。
图1B是图1A所示蒸镀装置的概略主视图。
图2A是用来形成构成第2实施形式表面被覆切削刀具之表面被覆层的蒸镀装置的概略俯视图。
图2B是图2A所示蒸镀装置的概略主视图。
图3是对通常的电弧离子镀覆装置的其它例子进行展示的概略说明图。
具体实施例方式
下面，对本发明的表面被覆切削刀具结合实施例进行具体说明。
实施例1作为原料粉末，准备平均颗粒直径均为1～3μm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粉末以及Co粉末等，将这些原料粉末按照表1所示成分配比搀合在一起，以球磨机进行72小时湿式混合，进行干燥后，以100MPa的压力加压成形为压粉体，将该压粉体在真空中以温度保持1400℃一个小时为条件进行烧结，进行烧结后，对刃部实施珩磨加工使之R为0.03mm，形成具有ISO标准CNMG120408的刀片形状的WC基超硬合金制造的切削刀具基体A-1～A-10，。
作为原料粉末，准备平均颗粒直径均为0.5～2μm的TiCN(重量比为TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末以及Ni粉末等，将这些原料粉末按照表2所示成分配比搀合在一起，以球磨机进行24小时湿式混合，进行干燥后，以100MPa的压力加压成形为压粉体，将该压粉体在2kPa的氮气气氛中以温度保持1500℃一个小时为条件进行烧结，进行烧结后，对刃部实施珩磨加工使之R为0.03mm，形成具有ISO标准CNMG120408的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制造的切削刀具基体B-1～B-6。
此外，作为硬质被覆层上层形成用阴极电极(蒸发源)，准备对平均颗粒直径为0.8μm的CrB2在温度1500℃、压力20MPa、保持时间3小时的条件下进行热压而形成的CrB2烧结体。
(a)接下来，分别在丙酮中对上述切削刀具基体A-1～A-10以及B-1～B6进行超声波清洗，进行干燥后，在图1A、1B所示的蒸镀装置内的旋转台上的、距中心轴既定径向距离的位置上沿外周部安装，作为一侧的AIP装置的阴极电极(蒸发源)配置紧密结合层形成用金属Cr，作为另一侧的SP装置的阴极电极(蒸发源)配置上层形成用CrB2烧结体，二者要相向配置，再沿着上述旋转台且分别距上述金属Cr和CrB2烧结体90度的位置上，作为AIP装置的阴极电极(蒸发源)配置具有既定的组成的下层形成用Ti-Al合金，(b)首先，在边对装置内部进行排气使之保持0.1Pa以下的真空边以加热器将装置内部加热到500℃之后，对在上述旋转台上边自转边旋转的切削刀具基体施加-1000V的直流偏置电压，并使得阴极电极的上述Ti-Al合金和阳极电极之间有100A的电流流动而产生电弧放电，从而对切削刀具基体表面以上述Ti-Al合金进行轰击清洗，(c)作为反应气体向装置内部导入氮气而形成3Pa的反应气氛，并且对在上述旋转台上边自转边旋转的切削刀具基体施加-100V的直流偏置电压，且使得阴极电极的上述Ti-Al合金和阳极电极之间有100A的电流流动而产生电弧放电，从而在上述切削刀具基体的表面通过蒸镀形成具有表3所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层而作为硬质被覆层的下层，(d)使上述下层形成用Ti-Al合金的阴极电极和阳极电极之间的电弧放电停止，使装置内的气氛同样保持3Pa的氮气气氛，并且，在仍保持对切削刀具基体施加相同的直流偏置电压(-100V)的情况下，使得阴极电极的上述金属Cr和阳极电极之间有100A的电流流动而产生电弧放电，从而通过蒸镀形成同样具有表3所示的目标层厚的CrN层而作为硬质被覆层的紧密结合层，(e)边使上述金属Cr和阳极电极之间的电弧放电继续进行，边将上述蒸镀装置内的气氛从氮气气氛改变为Ae与氮气的混合气体气氛，但要随着时间的推移Ar的导入比例逐渐增加，另一方面氮气的导入比例逐渐减少，并最终形成Ar气氛，同时，其间的反应气氛也同样随着时间的推移从3Pa逐渐降低到0.3Pa，并且，在向上述蒸镀装置中导入Ar和氮气的混合气体的同时，开始使作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)而配置的CrB2烧结体在溅射输出功率为3kW的条件下发生溅射，上述金属Cr和阳极电极之间的电弧放电在上述反应气氛的Ar和氮气的混合气体中的氮气的比例达到10容量％时中止，(f)之后，边保持上述的0.3Pa的Ar气氛，边使得上述CrB2烧结体和阳极电极之间的溅射输出功率同样为3kW的条件下的溅射继续进行，通过蒸镀形成同样具有表3所示目标层厚的CrB2层作为上层，由此，分别制造出作为本发明表面被覆切削刀具的本发明表面被覆刀头可更换式刀片(以下称作“本发明被覆刀片”)1～16。
此外，为了进行比较，在丙酮中对这些切削刀具基体A-1～A-10以及B-1～B-6进行超声波清洗，进行干燥后，分别装入图3所示的蒸镀装置中，作为阴极电极(蒸发源)安装成分组成各异的Ti-Al合金，首先，在边对装置内部进行排气使之保持0.1Pa以下的真空边以加热器将装置内部加热到500℃之后，对上述切削刀具基体施加-1000V的直流偏置电压，并使得阴极电极的上述Ti-Al合金和阳极电极之间有100A的电流流动而产生电弧放电，从而对切削刀具基体表面以上述Ti-Al合金进行轰击清洗，接下来，作为反应气体向装置内部导入氮气而形成3Pa的反应气氛，并且将施加在上述切削刀具基体上的偏置电压降低到-100V，使得上述Ti-Al合金的阴极电极和阳极电极之间产生电弧放电，从而在上述切削刀具基体A-1～A-10以及B-1～B-6的各自的表面上，通过蒸镀形成具有表4所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层而作为硬质被覆层，由此，分别制造出作为现有表面被覆切削刀具的现有表面被覆刀头可更换式刀片(以下称作“现有被覆刀片”)1～16。
其次，在将上述各种被覆刀片均以固定卡具通过螺钉紧固在工具钢制造的刀杆的前端部的状态下，对于本发明被覆刀片1～16以及现有被覆刀片1～16，在被切削材料质量％为Al-18％Si合金的圆棒切削速度280m/min吃刀量1.5mm送进速率0.25mm/rev切削时间10min的条件下，进行高Si的含Al-Si系合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料质量％为Ti-6％-4％V合金的圆棒切削速度85m/min吃刀量1.5mm送进速率0.3mm/rev切削时间5min的条件下，进行Ti基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料质量％为Al-13％Si合金的圆棒，在长度方向上具有等间隔设置的4条纵向槽切削速度250m/min吃刀量1.2mm送进速率0.2mm/rev切削时间13min的条件下，进行含有高Si的Al-Si系合金的干式断续高速切削加工试验，在所有的切削加工试验中，均对刃部的后隙面磨损宽度进行了测定。其测定结果示于表3、4中。
实施例2作为原料粉末，准备平均颗粒直径为5.5μm的中粗颗粒WC粉末、0.8μm的微细颗粒Wc粉末、1.3μm的TaC粉末、1.2μm的NbC粉末、1.2μm的zrC粉末、2.3μm的Cr3C2粉末、1.5μm的VC粉末、1.0μm的(Ti，W)C[质量比为TiC/WC＝50/50]粉末、以及1.8μm的Co粉末，将这些原料粉末按照表5所示成分配比搀合在一起，再加入石蜡在丙酮中进行24小时球磨机混合，进行减压干燥之后，以100MPa的压力加压成形为既定形状的各种压粉体，将这些压粉体在6Pa的真空气氛中以7℃/分钟的升温速率升温到1370～1470℃范围内的既定温度上，在该温度下保持1小时，在炉冷的条件下进行烧结，形成直径为8mm、13mm以及26mm的3种切削刀具基体形成用圆棒烧结体，再由这3种圆棒烧结体，通过切削加工，按照表6所示的组合分别制造出刃部的直径×长度尺寸分别为6mm×13mm、10mm×22mm以及20mm×45mm以及螺旋角均为30度的4刃方形形状的WC基超硬合金制造的切削刀具基体(立铣刀)C-1～C-8。
接下来，在丙酮中对这些切削刀具基体(立铣刀)C-1～C-8的表面进行超声波清洗，进行干燥后，同样装入图1A、1B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，通过蒸镀形成由以具有表6所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层形成的下层、以具有表6所示目标层厚的CrN层形成的紧密结合层、以及以CrB2层形成的上层等所构成的硬质被覆层，由此，分别制造出作为本发明表面被覆切削刀具的本发明表面被覆立铣刀(以下称作“本发明被覆立铣刀”)1～8。
此外，为了进行比较，在丙酮中对上述切削刀具基体(立铣刀)C-1～C-8的表面进行超声波清洗，进行干燥后，同样装入图3所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，蒸镀以同样具有表6所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出作为现有表面被覆切削刀具的现有表面被覆立铣刀(以下称作“现有被覆立铣刀”)1～8。
其次，对于上述本发明被覆立铣刀1～8以及现有被覆立铣刀1～8之中的、本发明被覆立铣刀1～3以及现有被覆立铣刀1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的含有高Si的Al-Si系合金(质量％为Al-18％Si合金)的板材切削速度260m/min槽深(吃刀量)3mm工作台送进速率800m/min的条件下，进行含有高Si的Al-Si系合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀4～6以及现有被覆立铣刀4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的Ti基合金(质量％为Ti-3％Al-2.5％V合金)的板材切削速度55m/min
槽深(吃刀量)3.5mm工作台送进速率250mm/min的条件下，进行Ti基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀7、8以及现有被覆立铣刀7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的Ti基合金(质量％为Ti-6％Al-4％V合金)的板材切削速度50m/min槽深(吃刀量)5mm工作台送进速率160mm/min的条件下，进行Ti基合金的干式高速槽切削加工试验，在所有的槽切削加工试验中，均对直到刃部的外周刃的后隙面磨损宽度达到表明使用寿命终结的0.1mm为止时的切削槽长进行了测定。该测定结果分别示于表6中。
实施例3使用上述实施例2中所制造的直径为8mm(用于形成切削刀具基体C-1～C-3)、13mm(用于形成切削刀具基体C-4～C-6)、以及26mm(用于形成切削刀具基体C-7、C-8)的3种圆棒烧结体，由这3种圆棒烧结体，通过磨削加工分别制造出槽形成部的直径×长度的尺寸分别为4mm×13mm(切削刀具基体D-1～D-3)、8mm×22mm(切削刀具基体D-4～D-6)、以及16mm×45mm(切削刀具基体D-7、D-8)并且螺旋角均为30度的双刃形状的WC基超硬合金制造的切削刀具基体(钻头)D-1～D-8。
接下来，对这些切削刀具基体(钻头)D-1～D-8的刃部实施珩磨，在丙酮中进行超声波清洗，进行干燥后，同样装入图1A、1B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，通过蒸镀形成由以具有表7所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层形成的下层、以具有表7所示目标层厚的CrN层形成的紧密结合层、以及以CrB2层形成的上层等所构成的硬质被覆层，由此，分别制造出作为本发明表面被覆切削刀具的本发明表面被覆钻头(以下称作“本发明被覆钻头”)1～8。
此外，为了进行比较，对上述切削刀具基体(钻头)D-1～D-8的表面实施珩磨，在丙酮中进行超声波清洗，进行干燥后，同样装入图3所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，通过蒸镀形成以同样具有表7所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出作为现有表面被覆切削刀具的现有表面被覆钻头(以下称作“现有被覆钻头”)1～8。
其次，对于上述本发明被覆钻头1～8以及现有被覆钻头1～8之中的、本发明被覆钻头1～3以及现有被覆钻头1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的含有高Si的Al-Si系合金(质量％为Al-18％Si合金)的板材切削速度85m/min送进速率0.2mm/rev孔深10mm的条件下，进行含有高Si的Al-Si系合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头4～6以及现有被覆钻头4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的Ti基合金(质量％为Ti-3％Al-2.5％V合金)的板材切削速度50m/min送进速率0.2mm/rev孔深15mm的条件下，进行Ti基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头7、8以及现有被覆钻头7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的Ti基合金(质量％为Ti-6％Al-4％V合金)的板材切削速度55m/min送进速率0.3mm/rev孔深28mm的条件下，进行Ti基合金的湿式高速开孔切削加工试验，在所有的湿式高速开孔切削加工试验(使用水溶性切削液)中，均对直到前端切刃面的后隙面磨损宽度达到0.3mm为止时的开孔加工数进行了测定。
该测定结果分别示于表7中。
实施例4将实施例1中所使用的切削刀具基体(刀片)装入图1A、1B所示的蒸镀装置中，除了作为AIP装置的阴极电极(蒸发源)使用具有既定组成的下层形成用Ti-Al-Si合金以替代Ti-Al合金之外，以与实施例1相同的条件，通过蒸镀形成具有表8所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆刀片1～16。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(刀片)装入图3所示的蒸镀装置中，除了作为AIP装置的阴极电极(蒸发源)使用具有既定组成的下层形成用Ti-Al-Si合金以替代Ti-Al合金之外，以与实施例1相同的条件，通过蒸镀形成具有表9所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，Si)N层作为硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆刀片1～16。
其次，在将上述各种被覆刀片均以固定卡具通过螺钉紧固在工具钢制造的刀杆的前端部的状态下，对于本发明被覆刀片1～16以及现有被覆刀片1～16，在被切削材料具有质量％为Ti-6％Al-4％V的组成的Ti基合金的圆棒切削速度110m/min吃刀量1.5mm送进速率0.2mm/rev切削时间5min的条件(切削条件A)下，进行Ti基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料具有质量％为Ni-19％Cr-18.5％Fe-5.2％Cd-5％Ta-3％Mo-0.9％Ti-0.5％Al-0.3％Si-0.2％Mn-0.05％Cu-0.04％C的组成的Ni基合金圆棒，切削速度80m/min吃刀量1.0mm送进速率0.15mm/rev切削时间6min的条件(切削条件B)下，进行Ni基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料具有质量％为Co-23％Cr-6％Mo-2％Ni-1％Fe-0.6％Si-0.4％C的组成的Co基合金圆棒，在长度方向上具有等间隔设置的4条纵向槽切削速度60m/min吃刀量0.5mm送进速率0.1mm/rev切削时间4min的条件(切削条件C)下，进行Co基合金的干式断续高速切削加工试验，在所有的切削加工试验中，均对刃部的后隙面磨损宽度进行了测定。该测定结果示于表8、9中。
实施例5将实施例2中所使用的切削刀具基体(立铣刀)装入图1A、1B所示的蒸镀装置中，在与实施例4相同的条件下，通过蒸镀形成具有表10所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆立铣刀1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(立铣刀)装入图3所示的蒸镀装置中，在与实施例4相同的条件下，蒸镀以具有表10所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，Si)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆立铣刀1～8。
其次，对于上述本发明被覆立铣刀1～8以及现有被覆立铣刀1～8之中的、本发明被覆立铣刀1～3以及现有被覆立铣刀1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ni-19％Cr-14％Co-4.5％Mo-2.5％Ti-2％Fe-1.2％Al-0.7％Mn-0.4％Si的组成的Ni基合金板材切削速度55m/min槽深(吃刀量)1.2mm工作台送进速率410mm/min的条件下，进行Ni基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀4～6以及现有被覆立铣刀4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ti-3％Al-2.5％V的组成的Ti基合金板材切削速度100m/min槽深(吃刀量)3.0mm工作台送进速率500mm/min的条件下，进行Ti基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀7、8以及现有被覆立铣刀7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Co-20％Cr-15％W-10％Ni-1.5％Mn-1％Si-1％Fe-0.12％C的组成的Co基合金板材切削速度50m/min槽深(吃刀量)4.0mm工作台送进速率150mm/min的条件下，进行Co基合金的干式高速槽切削加工试验，在所有的槽切削加工试验中，均对直到刃部的外周刃的后隙面磨损宽度达到表明使用寿命终结的0.1mm为止时的切削槽长进行了测定。该测定结果分别示于表10中。
实施例6将实施例3中所使用的切削刀具基体(钻头)装入图1A、1B所示的蒸镀装置中，在与实施例4相同的条件下，通过蒸镀形成具有表11所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆钻头1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(钻头)装入图3所示的蒸镀装置中，在与上述实施例4相同的条件下，通过蒸镀形成以具有表11所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，Si)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆钻头1～8。
其次，对于上述本发明被覆钻头1～8以及现有被覆钻头1～8之中的、本发明被覆钻头1～3以及现有被覆钻头1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Co-20％Cr-20％Ni-4％Mo-4％W-4％Cd-3％Fe-1.5％Mn-0.7％Si-0.38％C的组成的Co基合金板材切削速度40m/min送进速率0.08mm/rev孔深8mm的条件下，进行Co基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头4～6以及现有被覆钻头4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ni-19％Cr-18.5％Fe-5.2％Cd-5％Ta-3％Mo-0.9％Ti-0.5％Al-0.3％Si-0.2％Mn-0.05％Cu-0.04％C的组成的Ni基合金板材切削速度50m/min送进速率0.1mm/rev孔深15mm的条件下，进行Ni基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头7、8以及现有被覆钻头7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ti-3％Al-2.5％V的组成的Ti基合金板材切削速度65m/min送进速率0.2mm/rev孔深30mm的条件下，进行Ti基合金的湿式高速开孔切削加工试验，在所有的湿式高速开孔切削加工试验(使用水溶性切削液)中，均对直到前端切刃面的后隙面磨损宽度达到0.3mm为止时的开孔加工数进行了测定。该测定结果分别示于表11中。
实施例7将实施例1中所使用的切削刀具基体(刀片)装入图1A、1B所示的蒸镀装置中，除了作为AIP装置的阴极电极(蒸发源)使用具有既定组成的下层形成用Ti-Al-B合金以替代Ti-Al合金之外，以与实施例1相同的条件，通过蒸镀形成具有表12所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆刀片1～16。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(刀片)装入图3所示的蒸镀装置中，除了作为AIP装置的阴极电极(蒸发源)使用具有既定组成的下层形成用Ti-Al-B合金以替代Ti-Al合金之外，以与实施例1相同的条件，通过蒸镀形成具有表13所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，B)N层作为硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆刀片1～16。
其次，在将上述各种被覆刀片均以固定卡具通过螺钉紧固在工具钢制造的刀杆的前端部的状态下，对于本发明被覆刀片1～16以及现有被覆刀片1～16，在被切削材料具有质量％为Ti-6％Al-4％V的组成的Ti基合金的圆棒切削速度120m/min吃刀量1.2mm送进速率0.15mm/rev切削时间3min的条件(切削条件A)下，进行Ti基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料具有质量％为Ni-19％Cr-14％Co-4.5％Mo-2.5％Ti-2％Fe-1.2％Al-0.7％Mn-0.4％Si的组成的Ni基合金圆棒切削速度80m/min吃刀量0.3mm送进速率0.2mm/rev切削时间8min的条件(切削条件B)下，进行Ni基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料具有质量％为Co-23％Cr-6％Mo-2％Ni-1％Fe-0.6％Si-0.4％C的组成的Co基合金圆棒，在长度方向上具有等间隔设置的4条纵向槽切削速度60m/min吃刀量0.5mm送进速率0.1mm/rev切削时间4min的条件(切削条件C)下，进行Co基合金的干式断续高速切削加工试验，在所有的切削加工试验中，均对刃部的后隙面磨损宽度进行了测定。该测定结果示于表12、13中。
实施例8将实施例2中所使用的切削刀具基体(立铣刀)装入图1A、1B所示的蒸镀装置中，在与实施例7相同的条件下，通过蒸镀形成具有表14所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆立铣刀1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(立铣刀)装入图3所示的蒸镀装置中，在与实施例7相同的条件下，蒸镀以具有表14所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，B)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆立铣刀1～8。
其次，对于本发明被覆立铣刀1～8以及现有被覆立铣刀1～8之中的、本发明被覆立铣刀1～3以及现有被覆立铣刀1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ni-19％Cr-18.5％Fe-5.2％Cd-5％Ta-3％Mo-0.9％Ti-0.5％Al-0.3％Mn-0.05％Cu-0.04％C的组成的Ni基合金板材切削速度50m/min槽深(吃刀量)1mm工作台送进速率350mm/min的条件下，进行Ni基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀4～6以及现有被覆立铣刀4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ti-3％Al-2.5％V的组成的Ti基合金板材切削速度120m/min槽深(吃刀量)2mm工作台送进速率540mm/min的条件下，进行Ti基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀7、8以及现有被覆立铣刀7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Co-20％Cr-20％Ni-4％Mo-4％W-4％Cd-3％Fe-1.5％Mn-0.7％Si-0.38％C的组成的Co基合金板材切削速度45m/min槽深(吃刀量)5mm工作台送进速率145mm/min的条件下，进行Co基合金的干式高速槽切削加工试验，在所有的槽切削加工试验中，均对直到刃部的外周刃的后隙面磨损宽度达到表明使用寿命终结的0.1mm为止时的切削槽长进行了测定。该测定结果分别示于表14中。
实施例9将实施例3中所使用的切削刀具基体(钻头)装入图1A、1B所示的蒸镀装置中，在与实施例7相同的条件下，通过蒸镀形成具有表15所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆钻头1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(钻头)装入图3所示的蒸镀装置中，在与上述实施例7相同的条件下，通过蒸镀形成以具有表15所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，B)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆钻头1～8。
其次，对于上述本发明被覆钻头1～8以及现有被覆钻头1～8之中的、本发明被覆钻头1～3以及现有被覆钻头1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Co-20％Cr-15％W-10％Ni-1.5％Mn-1％Si-1％Fe-0.12％C的组成的Co基合金板材切削速度45m/min送进速率0.1mm/rev孔深6mm的条件下，进行Co基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头4～6以及现有被覆钻头4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ni-19％Cr-14％Co-4.5％Mo-2.5％Ti-2％Fe-1.2％Al-0.7％Mn-0.4％Si的组成的Ni基合金板材切削速度50m/min送进速率0.12mm/rev孔深14mm的条件下，进行Ni基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头7、8以及现有被覆钻头7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ti-3％Al-2.5％V的组成的Ti基合金板材切削速度70m/min槽深(吃刀量)0.2mm工作台送进速率28mm/min的条件下，进行Ti基合金的湿式高速开孔切削加工试验，在所有的湿式高速开孔切削加工试验(使用水溶性切削液)中，均对直到前端切刃面的后隙面磨损宽度达到0.3mm为止时的开孔加工数进行了测定。该测定结果分别示于表11中。
实施例10将实施例1中所使用的切削刀具基体(刀片)在图2A、2B所示蒸镀装置内的旋转台上的、距中心轴既定径向距离的位置上沿外周部安装，作为一侧的AIP装置的阴极电极(蒸发源)配置耐磨损硬质层形成用Ti-Al合金，作为另一侧的SP装置的阴极电极(蒸发源)配置表面层形成用CrB2烧结体，并且二者要相向配置，(b)首先，在边对装置内部进行排气使之保持0.1Pa以下的真空边以加热器将装置内部加热到500℃之后，对在上述旋转台上边自转边旋转的切削刀具基体施加-1000V的直流偏置电压，并使得阴极电极的上述Ti-Al合金和阳极电极之间有100A的电流流动而产生电弧放电，从而对切削刀具基体表面以上述Ti-Al合金进行轰击清洗，(c)作为反应气体向装置内部导入氮气而形成3Pa的反应气氛，并且对在上述旋转台上边自转边旋转的切削刀具基体施加-100V的直流偏置电压，且使得阴极电极的上述Ti-Al合金和阳极电极之间有100A的电流流动而产生电弧放电，从而在上述切削刀具基体的表面通过蒸镀形成具有表16所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层而作为硬质被覆层的耐磨损硬质层，(d)接下来，以提高作为已蒸镀形成的上述耐磨损硬质层的(Ti，Al)N层、与作为此后将要蒸镀形成的表面层的CrB2层二者的紧密结合性为目的，在使上述耐磨损硬质层形成用Ti-Al合金的阴极电极和阳极电极之间的电弧放电仍继续进行的情况下，在装置内取代氮气而导入Ar和氮的混合气体(N2∶Ar容积比为3∶1)使装置内的气氛同样为3Pa，与此同时，使作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)而配置的CrB2烧结体以3kW的输出功率发生溅射，该状态保持20分钟，从而形成作为紧密结合层的含有Ti和Al和Cr的复合硼氮化物层(通过之后的测定，平均层厚均为0.3μm，但0.1～0.5μm的平均层厚便可保证优异的紧密结合性)，(e)接着，边使作为上述SP装置的阴极电极(蒸发源)而配置的CrB2烧结体和阳极电极之间的溅射在同样的条件下(溅射输出功率为3kW)继续进行，边将上述向装置内导入的气体从Ar和氮气的混合气体改为Ar，并使装置内的气氛为0.5Pa，与此同时，使上述耐磨损硬质层形成用Ti-Al合金的阴极电极和阳极电极之间的电弧放电停止，在该条件下进行与层厚相应时间的溅射，通过蒸镀形成同样具有表16所示的目标层厚的CrB2层而作为硬质被覆层的表面层，由此，分别制造出本发明被覆刀片1～16。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(刀片)装入图3所示的蒸镀装置中，在与上述实施例1相同的条件下，通过蒸镀形成以具有表17所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层形成的耐磨损硬质层作为硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆刀片1～16。
其次，在将上述各种被覆刀片均以固定卡具通过螺钉紧固在工具钢制造的刀杆的前端部的状态下，对于本发明被覆刀片1～16以及现有被覆刀片1～16，在被切削材料质量％为Ti-6％Al-4％V的Ti基合金的圆棒切削速度100m/min吃刀量1.5mm送进速率0.2mm/rev切削时间5min的条件(称作切削条件A)下，进行Ti基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料质量％为Al-13％Si的合金的圆棒切削速度300m/min吃刀量2.0mm送进速率0.15mm/rev切削时间10min的条件(称作切削条件B)下，进行高Si的含Al-Si系合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料质量％为Al-18％Si的圆棒，在长度方向上具有等间隔设置的4条纵向槽切削速度300m/min吃刀量1.5mm送进速率0.18mm/rev切削时间10min的条件(称作切削条件C)下，进行高Si的含Al-Si系合金的干式断续高速切削加工试验，在所有的切削加工试验中，均对刃部的后隙面磨损宽度进行了测定。该测定结果示于表16、17中。
实施例11将实施例2中所使用的切削刀具基体(立铣刀)装入图2A、2B所示的蒸镀装置中，在与实施例10相同的条件下，通过蒸镀形成具有表18所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆立铣刀1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(立铣刀)装入图3所示的蒸镀装置中，在与实施例10相同的条件下，蒸镀以具有表18所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，)N层形成的耐磨损硬质层作为硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆立铣刀1～8。
其次，对于上述本发明被覆立铣刀1～8以及现有被覆立铣刀1～8之中的、本发明被覆立铣刀1～3以及现有被覆立铣刀1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的Ti基合金(质量％为Ti-3％Al-2.5％V合金)板材切削速度100m/min槽深(吃刀量)2mm工作台送进速率800mm/min的条件下，进行Ti基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀4～6以及现有被覆立铣刀4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的Ti基合金(质量％为Ti-6％Al-4％V合金)板材切削速度150m/min槽深(吃刀量)4mm工作台送进速率960mm/min的条件下，进行Ti基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀7、8以及现有被覆立铣刀7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的含有高Si的Al-Si系合金(质量％为Al-18％Si合金)板材切削速度300m/min槽深(吃刀量)12mm工作台送进速率950mm/min的条件下，进行含有高Si的Al-Si系合金的干式高速槽切削加工试验，在所有的槽切削加工试验中，均对直到刃部的外周刃的后隙面磨损宽度达到表明使用寿命终结的0.1mm为止时的切削槽长进行了测定。该测定结果分别示于表18中。
实施例12将实施例3中所使用的切削刀具基体(钻头)装入图2A、2B所示的蒸镀装置中，在与实施例10相同的条件下，通过蒸镀形成具有表19所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆钻头1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(钻头)装入图3所示的蒸镀装置中，在与实施例10相同的条件下，通过蒸镀形成以具有表19所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al)N层形成的耐磨损硬质层作为硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆钻头1～8。
其次，对于上述本发明被覆钻头1～8以及现有被覆钻头1～8之中的、本发明被覆钻头1～3以及现有被覆钻头1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的Ti基合金(质量％为Ti-3％Al-2.5％V合金)的板材切削速度50m/min送进速率0.2mm/rev孔深10mm的条件下，进行Ti基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头4～6以及现有被覆钻头4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的Ti基合金(质量％为Ti-6％Al-4％V合金)的板材切削速度75mm/min送进速率0.15mm/rev孔深15mm的条件下，进行Ti基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头7、8以及现有被覆钻头7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm的含有高Si的Al-Si系合金(质量％为Al-18％Si合金)的板材切削速度120m/min送进速率0.4mm/rev孔深30mm的条件下，进行含有高Si的Al-Si系合金的湿式高速开孔切削加工试验，在所有的湿式高速开孔切削加工试验(使用水溶性切削液)中，均对直到前端切刃面的后隙面磨损宽度达到0.3mm为止时的开孔加工数进行了测定。该测定结果分别示于表19中。
实施例13将实施例1中所使用的切削刀具基体(刀片)装入图2A、2B所示的蒸镀装置中，除了作为AIP装置的阴极电极(蒸发源)使用具有既定组成的下层形成用Ti-Al-Si合金以替代Ti-Al合金之外，以与实施例10相同的条件，通过蒸镀形成具有表20所示的目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆刀片1～16。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(刀片)装入图3所示的蒸镀装置中，除了作为阴极电极(蒸发源)使用成分组成各异的Ti-Al-Si合金以替代Ti-Al合金之外，以与实施例10相同的条件，通过蒸镀形成具有表21所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，Si)N层作为硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆刀片1～16。
其次，在将上述各种被覆刀片均以固定卡具通过螺钉紧固在工具钢制造的刀杆的前端部的状态下，对于本发明被覆刀片1～16以及现有被覆刀片1～16，在被切削材料具有质量％为Ni-19％Cr-18.5％Fe-5.2％Cd-5％Ta-3％Mo-0.9％Ti-0.5％Al的组成的Ni基合金圆棒，切削速度65m/min吃刀量1mm送进速率0.1mm/rev切削时间5min的条件(称作切削条件A)下，进行Ni基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料具有质量％为Co-23％Cr-6％Mo-2％Ni-1％Fe-0.6％Si-0.4％C的组成的Co基合金圆棒切削速度60m/min吃刀量0.8mm送进速率0.15mm/rev切削时间4min的条件(称作切削条件B)下，进行Co基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料具有质量％为Ti-6％Al-4％V的组成的Ti基合金的圆棒，在长度方向上具有等间隔设置的4条纵向槽切削速度60m/min吃刀量1.2mm送进速率0.2mm/rev切削时间5min的条件(称作切削条件C)下，进行Ti基合金的干式断续高速切削加工试验，在所有的切削加工试验中，均对刃部的后隙面磨损宽度进行了测定。该测定结果示于表20、21中。
实施例14将实施例2中所使用的切削刀具基体(立铣刀)装入图2A、2B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例13相同的条件下，通过蒸镀形成具有表22所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆立铣刀1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(立铣刀)同样装入图3所示的蒸镀装置中，在与上述实施例13相同的条件下，蒸镀以同样具有表22所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，Si)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆立铣刀1～8。
其次，对于上述本发明被覆立铣刀1～8以及现有被覆立铣刀1～8之中的、本发明被覆立铣刀1～3以及现有被覆立铣刀1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Co-20％Cr-15％W-10％Ni-1.5％Mn-1％Si-1％Fe-0.12％C的组成的Co基合金板材切削速度50m/min槽深(吃刀量)2mm工作台送进速率200mm/min的条件下，进行Co基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀4～6以及现有被覆立铣刀4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ni-19％Cr-14％Co-4.5％Mo-2.5％Ti-2％Fe-1.2％Al-0.7％Mn-0.4％Si的组成的Ni基合金板材切削速度55m/min槽深(吃刀量)3mm工作台送进速率250mm/min的条件下，进行Ni基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀7、8以及现有被覆立铣刀7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ti-3％Al-2.5％V的组成的Ti基合金板材切削速度45m/min槽深(吃刀量)5mm工作台送进速率120mm/min的条件下，进行Ti基合金的干式高速槽切削加工试验，在所有的槽切削加工试验中，均对直到刃部的外周刃的后隙面磨损宽度达到表明使用寿命终结的0.1mm为止时的切削槽长进行了测定。该测定结果分别示于表22中。
实施例15将实施例3中所使用的切削刀具基体(钻头)同样装入图2A、2B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例13相同的条件下，通过蒸镀形成具有表23所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆钻头1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(钻头)装入图3所示的蒸镀装置中，在与上述实施例13相同的条件下，通过蒸镀形成以同样具有表23所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，Si)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆钻头1～8。
其次，对于上述本发明被覆钻头1～8以及现有被覆钻头1～8之中的、本发明被覆钻头1～3以及现有被覆钻头1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ti-3％Al-2.5％V的组成的Ti基合金板材切削速度40m/min送进速率0.2mm/rev孔深8mm的条件下，进行Ti基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头4～6以及现有被覆钻头4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Co-20％Cr-20％Ni-4％Mo-4％W-4％Cd-3％Fe-1.5％Mn-0.7％Si-0.38％C的组成的Co基合金板材切削速度45m/min送进速率0.15mm/rev孔深14mm的条件下，进行Co基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头7、8以及现有被覆钻头7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ni-19％Cr-18.5％Fe-5.2％Cd-5％Ta-3％Mo-0.9％Ti-0.5％Al-0.3％Si-0.2％Mn-0.05％Cu-0.04％C的组成的Ni基合金板材切削速度55m/min送进速率0.25mm/rev孔深25mm的条件下，进行Ni基合金的湿式高速开孔切削加工试验，在所有的湿式高速开孔切削加工试验(使用水溶性切削液)中，均对直到前端切刃面的后隙面磨损宽度达到0.3mm为止时的开孔加工数进行了测定。该测定结果分别示于表23中。
实施例16将实施例1中所使用的切削刀具基体(刀片)装入图2A、2B所示的蒸镀装置中，除了作为AIP装置的阴极电极(蒸发源)使用具有既定组成的下层形成用Ti-Al-B合金以替代Ti-Al合金之外，以与实施例10相同的条件，形成具有表24所示目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆刀片1～16。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(刀片)装入图3所示的蒸镀装置中，除了作为阴极电极(蒸发源)使用成分组成各异的Ti-Al-B合金以替代Ti-Al合金之外，以与实施例10相同的条件，通过蒸镀形成具有表25所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，B)N层作为硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆刀片1～16。
其次，在将上述各种被覆刀片均以固定卡具通过螺钉紧固在工具钢制造的刀杆的前端部的状态下，对于本发明被覆刀片1～16以及现有被覆刀片1～16，在被切削材料具有质量％为Co-23％Cr-6％Mo-2％Ni-1％Fe-0.6％Si-0.4％C的组成的Co基合金圆棒，在长度方向上具有等间隔设置的4条纵向槽切削速度55m/min吃刀量1.3mm送进速率0.1mm/rev切削时间5min的条件(切削条件A)下，进行Co基合金的干式断续高速切削加工试验，在被切削材料具有质量％为Ti-6％Al-4％V的组成的Ti基合金的圆棒切削速度75m/min吃刀量1.5mm送进速率0.2mm/rev切削时间5min的条件(切削条件B)下，进行Ti基合金的干式连续高速切削加工试验，在被切削材料具有质量％为Ni-19％Cr-14％Co-4.5％Mo-2.5％Ti-2％Fe-1.2％Al-0.7％Mn-0.4％Si的组成的Ni基合金圆棒切削速度60m/min吃刀量0.8mm送进速率0.15mm/rev切削时间4min的条件(切削条件C)下，进行Ni基合金的干式连续高速切削加工试验，在所有的切削加工试验中，均对刃部的后隙面磨损宽度进行了测定。该测定结果示于表24、25中。
实施例17将实施例2中所使用的切削刀具基体(立铣刀)装入图2A、2B所示的蒸镀装置中，在与上述实施例16相同的条件下，通过蒸镀形成具有表26所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆立铣刀1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(立铣刀)装入图3所示的蒸镀装置中，在与上述实施例16相同的条件下，蒸镀以同样具有表26所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，B)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆立铣刀1～8。
其次，对于上述本发明被覆立铣刀1～8以及现有被覆立铣刀1～8之中的、本发明被覆立铣刀1～3以及现有被覆立铣刀1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Co-20％Cr-20％Ni-4％Mo-4％W-4％Cd-3％Fe-1.5％Mn-0.7％Si-0.38％C的组成的Co基合金板材切削速度45m/min槽深(吃刀量)2mm工作台送进速率250mm/min的条件下，进行Co基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀4～6以及现有被覆立铣刀4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ni-19％Cr-18.5％Fe-5.2％Cd-5％Ta-3％Mo-0.9％Ti-0.5％Al-0.3％Mn-0.05％Cu-0.04％C的组成的Ni基合金板材切削速度60m/min槽深(吃刀量)4mm工作台送进速率280mm/min的条件下，进行Ni基合金的干式高速槽切削加工试验，对于本发明被覆立铣刀7、8以及现有被覆立铣刀7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ti-3％Al-2.5％V的组成的Ti基合金板材切削速度50m/min槽深(吃刀量)7mm工作台送进速率160mm/min的条件下，进行Ti基合金的干式高速槽切削加工试验，在所有的槽切削加工试验中，均对直到刃部的外周刃的后隙面磨损宽度达到表明使用寿命终结的0.1mm为止时的切削槽长进行了测定。该测定结果分别示于表26中。
实施例18将实施例3中所使用的切削刀具基体(钻头)装入图2A、2B所示的蒸镀装置中，在与实施例16相同的条件下，通过蒸镀形成具有表27所示目标组成以及目标层厚的硬质被覆层，由此，分别制造出本发明被覆钻头1～8。
此外，为了进行比较，将上述切削刀具基体(钻头)装入图3所示的蒸镀装置中，在与实施例16相同的条件下，通过蒸镀形成以同样具有表27所示目标组成以及目标层厚的(Ti，Al，B)N层形成的硬质被覆层，由此，分别制造出现有被覆钻头1～8。
其次，对于上述本发明被覆钻头1～8以及现有被覆钻头1～8之中的、本发明被覆钻头1～3以及现有被覆钻头1～3，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ti-3％Al-2.5％V的组成的Ti基合金板材切削速度45m/min送进速率0.25mm/rev孔深7mm的条件下，进行Ti基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头4～6以及现有被覆钻头4～6，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Co-20％Cr-15％W-10％Ni-1.5％Mn-1％Si-1％Fe-0.12％C的组成的Co基合金板材切削速度50m/min送进速率0.1mm/rev孔深16mm的条件下，进行Co基合金的湿式高速开孔切削加工试验，对于本发明被覆钻头7、8以及现有被覆钻头7、8，在被切削材料具有100mm×250mm的平面，厚度为50mm，并且具有质量％为Ni-19％Cr-14％Co-4.5％Mo-2.5％Ti-2％Fe-1.2％Al-0.7％Mn-0.4％Si的组成的Ni基合金板材切削速度55m/min送进速率0.23mm/rev孔深30mm的条件下，进行Ni基合金的湿式高速开孔切削加工试验，在所有的湿式高速开孔切削加工试验(使用水溶性切削液)中，均对直到前端切刃面的后隙面磨损宽度达到0.3mm为止时的开孔加工数进行了测定。该测定结果分别示于表27中。
当对于从该结果得到的、构成作为本发明表面被覆切削刀具的本发明被覆刀片、本发明被覆立铣刀以及本发明被覆钻头的硬质被覆层的(Ti，Al，Si)N层、(Ti，Al，B)N层的组成，以及作为现有表面被覆切削刀具的现有被覆刀片、现有被覆立铣刀以及现有被覆钻头的由(Ti，Al，Si)N层、(Ti，Al，B)N层构成的硬质被覆层的组成，使用透射型电子显微镜以能量分散X射线分析法进行测定时，发现具有与各个目标组成实质上相同的组成。
此外，当对于上述硬质被覆层之构成层的平均层厚使用扫描型电子显微镜进行断面测定时，发现具有与目标层厚实质上相同的平均值(5处的平均值)。
由表3～27所示的结果可知，作为本发明表面被覆切削刀具，即便是对Ti基合金、Ni基合金、Co基合金以及含有高Si的Al-Si系合金等硬质难切削材料均进行会伴随着产生很高热量的高速切削，由于作为硬质被覆层的下层的(Ti，Al)N层、(Ti，Al，Si)N层或(Ti，Al，B)N层具有优异的高温硬度和耐热性以及优异的高温强度，而且作为上层的CrB2层能够保证与作为被切削材料的硬质难切削材料之间具有优异的热稳定性(极低的反应性)，因而能够长期发挥优异的耐磨损性，相对于此，作为硬质被覆层由(Ti，Al)N层、(Ti，Al，Si)N层或(Ti，Al，B)N层构成的现有表面被覆切削刀具，在对上述硬质难切削材料进行高速切削加工时磨损均很快，在较短时间内便达到使用寿命。
此外，通过作为紧密结合层的CrN层或含有Ti和Al和Cr的复合硼氮化物层而牢固地结合的CrB2层，能够保证与作为被切削材料的硬质难切削材料之间具有优异的热稳定性(极低的反应性)，因此，不会发生层间剥离，能够使优异的耐磨损性长期得到发挥。
以上就本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不受这些实施例的限定。在不超出本发明的主旨的范围内，可以对其构成进行添加、省略、置换以及其它改变。本发明并不受前面的说明的限定，只受到同时提交的权利要求书的限定。
产业上利用的可能性如上所述，作为本发明的表面被覆切削刀具，对各种钢或铸铁等在通常的切削条件下进行切削加工时自不待言，即便是特别对上述硬质难切削材料进行伴随着产生很高热量的高速切削加工时也能够发挥优异的耐磨损性，长期保持优异的切削性能，因此，能够充分满足切削加工装置的高性能化和自动化以及切削加工的省力化、节能化和低成本化的要求。
权利要求
1.一种表面被覆切削刀具，具有切削刀具基体、以及在所述切削刀具基体的表面上所形成的硬质被覆层，其特征是，所述硬质被覆层具有由含有Ti和Al的复合氮化物形成的下层、以及由硼化铬形成的上层。
2.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述下层的组成式为(Ti1-X，AlX)N，其中，按照原子比，X为0.40～0.75。
3.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述下层是将一部分Al以Si进行置换而形成的。
4.如权利要求3所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述下层的组成式为(Ti1-X，AlX-Y，SiY)N，其中，X为0.40～0.75，Y为0.10以下。
5.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述下层是将一部分Al以B进行置换而形成的。
6.如权利要求5所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述下层的组成式为(Ti1-X，AlX-Z，BZ)N，其中，X为0.40～0.75，Z为0.10以下。
7.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，在所述上层与所述下层之间，具有由氮化铬形成的紧密结合层。
8.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，在所述上层与所述下层之间，具有由含有Ti和Al和Cr的复合硼氮化物形成的紧密结合层。
9.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述下层具有0.8～5μm的平均层厚。
10.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述上层具有0.8～5μm的平均层厚。
11.如权利要求7所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述紧密结合层具有0.1～0.5μm的平均层厚。
12.如权利要求8所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述紧密结合层具有0.1～0.5μm的平均层厚。
13.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述切削刀具基体由碳化钨基超硬合金构成。
14.如权利要求1所述的表面被覆切削刀具，其特征是，所述切削刀具基体由碳氮化钛基金属陶瓷构成。
15.一种表面被覆切削刀具的制造方法，其特征是，(a)准备这样一种蒸镀装置，即，中央部位设置有旋转台，在所述旋转台的外侧设置有具有由含有Ti和Al的合金构成的阴极电极的电弧离子镀覆装置，另一侧设置有配置了由硼化铬烧结体构成的阴极电极的溅射装置，(b)将切削刀具基体安装在所述旋转台上，(c)使所述蒸镀装置内的气氛为氮气气氛，并使得所述由含有Ti和Al的合金构成的阴极电极和阳极电极之间产生电弧放电，从而通过蒸镀在所述切削刀具基体的表面形成含有Ti和Al的复合氮化物层，(d)接下来，使所述蒸镀装置内的气氛变成实质上的Ar气氛以替代氮气气氛，并通过作为所述溅射装置的阴极电极而配置的硼化铬烧结体的溅射，从而通过蒸镀形成硼化铬层。
16.一种表面被覆切削刀具的制造方法，其特征是，(a)准备这样一种蒸镀装置，即，中央部位设置有旋转台，在所述旋转台的外侧设置有具有由金属Cr构成的阴极电极以及由含有Ti和Al的合金构成的阴极电极的电弧离子镀覆装置，另一侧设置有配置了由硼化铬烧结体构成的阴极电极的溅射装置，(b)将切削刀具基体安装在所述旋转台上，(c)使所述蒸镀装置内的气氛为氮气气氛，并使得所述由含有Ti和Al的合金构成的阴极电极和阳极电极之间产生电弧放电，从而通过蒸镀在所述切削刀具基体的表面形成含有Ti和Al的复合氮化物层，(d)在保持所述阶段(c)的氮气气氛不变的情况下使所述由金属Cr构成的阴极电极和阳极电极之间产生电弧放电而形成CrN层之后，(e)使所述蒸镀装置内的气氛变成实质上的Ar气氛以替代氮气气氛，并通过作为所述溅射装置的阴极电极而配置的硼化铬烧结体的溅射，从而通过蒸镀形成硼化铬层。
17.一种表面被覆切削刀具的制造方法，其特征是，(a)使用这样一种蒸镀装置，即，中央部位设置有旋转台，在所述旋转台的外侧设置有具有由含有Ti和Al的合金构成的阴极电极的电弧离子镀覆装置，另一侧设置有配置了由硼化铬烧结体构成的阴极电极的溅射装置，(b)将切削刀具基体安装在所述旋转台上，(c)使所述蒸镀装置内的气氛为氮气气氛，并使得所述由含有Ti和Al的合金构成的阴极电极和阳极电极之间产生电弧放电，从而通过蒸镀在所述切削刀具基体的表面形成含有Ti和Al的复合氮化物层，(d)在使所述由含有Ti和Al的合金构成的阴极电极和阳极电极之间的电弧放电继续进行的情况下，替代氮气而向装置内导入Ar和氮气的混合气体，使作为所述溅射装置的阴极电极而配置的CrB2烧结体发生溅射，从而通过蒸镀形成含有Ti和Al和Cr的复合硼氮化物层，(e)接下来，使所述蒸镀装置内的气氛变成实质上的Ar气氛以替代Ar和氮气的混合气氛，并通过作为所述溅射装置的阴极电极而配置的硼化铬烧结体的溅射，从而通过蒸镀形成硼化铬层。
全文摘要
一种具有切削刀具基体以及物理蒸镀在该切削刀具基体上的硬质被覆层的表面被覆切削刀具，所述硬质被覆层具有由硼化铬层形成的上层、以及由含有Ti和Al的复合氮化物形成的下层。所述复合氮化物以其组成式满足(Ti
文档编号B23P15/28GK101014435SQ20048004381
公开日2007年8月8日 申请日期2004年12月28日 优先权日2004年6月18日
发明者大上强, 田中裕介 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社, 三菱综合材料神户工具株式会社