专利名称：表面被覆构件及切削工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及在基体的表面形成有被覆层的表面被覆构件及使用了该表面被覆构 件的切削工具。
背景技术：
以往，作为广泛用于金属或印制电路板等的切削加工的切削工具，公知有在超硬 合金、金属陶瓷或陶瓷等的基体的表面形成有以单层或多层构成的被覆层的表面被覆切削 工具。作为该被覆层，大多使用层叠有碳化钛(TiC)层、氮化钛(TiN)层、碳氮化钛(TiCN) 层及氧化铝(Al2O3)层等结构的被覆层。由于上述被覆层中的Al2O3层耐氧化性优良，因此，即使在切削时切削刃容易形成 高温的加工条件、例如铸铁或合金钢这样的难切削材料的加工或以高速进行切削的加工条 件下，耐磨损性也高，从而发挥优良的性能。尤其由α型结晶结构的Al2O3构成的Al2O3层 (以下，简称为α型Al2O3层)硬度高且耐氧化性高，因此一直以来被广泛地利用。例如，在专利文献1中公开了具有Al2O3层的表面被覆切削工具，该Al2O3层由通过 X射线衍射测得的以α型结晶为主体的Al2O3的(khl)面的峰值强度为I(khl)时，I (030)/ 1(104)及I (012)/I (030)的值分别比1大的取向的Al2O3构成，并记载了能够提高Al2O3层 的抗崩性。另外，在专利文献2中公开了 α型Al2O3层的(012)面的组织化系数(組織化係 数)(TC:表示α型Al2O3结晶的全衍射峰值中的属于(012)面的衍射峰值的峰值强度的大 小的指数)比1. 3大的被覆物体，并记载了能够使Al2O3层的粒子微细化，能够提高Al2O3层 的硬度及强度。另一方面，在专利文献3中公开了具有Al2O3层的被覆工具，该Al2O3层由k型结 晶结构的Al2O3以X射线衍射强度最大的最强峰值的面间隔为1.43人(即，衍射角2 θ为 65.18° )而构成，并记载了能够提高Al2O3层的密接力。专利文献1 日本特开平07-108405号公报专利文献2 日本特开平06-316758号公报专利文献3 日本特开平11-77407号公报然而，伴随近来切削加工的高效率化，切削工具被在更加严酷的切削条件下使用。 在这样严酷的切削条件下，在上述专利文献1及专利文献2记载的仅控制衍射峰值的峰值 强度即结晶整体的取向方向的α型Al2O3层中，Al2O3层的附着力不充分，不能抵抗严酷的 切削条件，存在在Al2O3层与其下层的边界发生剥离的情况。另外，若如专利文献3所述那样Al2O3层为k型结晶结构，则能够加强与下层的密 接力，但是由于k型结晶结构的Al2O3的硬度比α型结晶结构的Al2O3的硬度低，因此存在 磨损进行快这样的问题。
发明内容
本发明为了解决上述课题而提出，其目的在于提供具备附着力高且耐磨损性高的 被覆层的表面被覆构件。本发明的表面被覆构件的特征在于，在基体的表面具备被覆层，该被覆层具有顺 次粘附形成有碳氮化钛(TiCN)层、中间层和氧化铝(Al2O3)层的层叠体，所述中间层含有 钛、铝、碳及氧，并且以0. 5 30nm的平均膜厚不间断地存在，所述氧化铝(Al2O3)层由α 型结晶结构的氧化铝(Al2O3)构成。在此，在上述结构中，为了能够大致单一地稳定生成α型结晶结构的Al2O3结晶， 而不在氧化铝(Al2O3)层中局部产生k型结晶结构的Al2O3结晶，优选所述中间层的厚度方 向的中央的氧含有量为15 40原子％。另外，在上述结构中，对于通过X射线衍射分析得到的所述表面被覆构件的衍射 峰值，当设属于TiCN的(200)面的出现衍射峰值的2 θ的值为θ t、设在JCPDS卡中记载的TiCN的(200)面的出现衍射峰值的2 θ的值为θ t(1、设属于Al2O3的α型结晶结构的(012)、(104)、(110)及(113)面的出现衍射峰 值的2 θ的值分别为ea_(其中，(hkl)为(012)、(104)、(110)及(113)中的任一个)、设在JCPDS卡中记载的Al2O3的α型结晶结构的(012)、(104)、(110)及(113)面 的出现衍射峰值的各结晶面的2 θ的值分别为θ aQ_ (其中，(hkl)为(012)、(104)、(110) 及(113)中的任一个)时，Δ 0t( = Ot-Oto)与 Δ θ a(hkl) ( = θ a(hkl)- θ a0(hkl))的差 Δ θ z(hkl)(= Δ et-A θ a(hkl))的任一个在-0.2° 0.2°的范围内，其中，Δ91是 91与 的差，Δ θ a(hkl)是(012)、(104)、(110)及(113)面各自 的 θ a(hki)与 θ aotoi)的差(其中，(hkl)为(012)、(104)、(110)及(113)中的任一个)。由此，能够缩小碳氮化钛(TiCN)层与α型Al2O3层之间的结晶变形，具有能够防 止剥离的效果。并且，在所述(012)面的Δ θζ((112)在-0.2° 0°的范围内时，碳氮化钛层与α 型氧化铝层之间的粘附力进一步提高。在此，从使α型氧化铝结晶向特定的方向变形而能够优化结晶中产生的残留应 力的分布，并使氧化铝层的硬度及强度提高，且能够同时提高α型氧化铝层的耐磨损性和 抗崩性的角度出发，优选在所述α型氧化铝层中，当将所述θ_12)与所述ea_12)的差修 正为零时，θ
a(ll6) 一J U a0(ll6) 相比在低角度侧出现。此时，从能够优化α型氧化铝的结晶中产生的残留应力的状态，并能够防止由残 留应力的过剩增加引起的α型氧化铝层的抗崩性降低的角度出发，优选所述ea(116)在比 θ a(。⑵高31. 8° 31. 9°的角度侧出现。另外，通过θ a_、θ a(no)、θ a(113)及 θ a_ 分别出现在比 θ a0_、θ a0(n0)、θ a0(113)及 0a。(_高的角度侧，使氧化铝粒子的强度提高，能够提高α型氧化铝层的抗崩性，因而优选。并且，本发明的表面被覆切削工具的特征在于，具备上述的表面被覆构件。通过这 样的结构，能够提供耐磨损性及抗崩性优良、工具寿命长的切削工具。发明效果
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本发明的表面被覆构件通过使含有钛、铝、碳及氧的中间层不间隔地存在，而使其 上部的氧化铝层以大致单一的α型Al2O3层形成，并且，中间层的平均膜厚较薄为0.5 30nm，因此能够抑制α型Al2O3层从含有氧且硬度低的中间层部分剥离。
图1是本发明一实施方式的表面被覆构件1的主要部分的扫描电子显微镜(SEM) 图像。图2是本发明一实施方式的表面被覆构件1的被覆层3的中间层附近的扫描型电 子显微镜照片。图3是本发明一实施方式的表面被覆构件1的被覆层3的主要部分的场发射型透 射电子显微镜(FE-TEM)图像。图4是针对本发明一实施方式的表面被覆切削工具得到的X射线衍射强度的峰值 图。图5(a)及(b)是图2的局部放大图。图6是针对本发明另一实施方式的表面被覆切削工具得到的X射线衍射强度的峰 值图。符号说明1 表面被覆构件2 基体3被覆层4碳氮化钛层5 中间层7 基底层9 α 型 Al2O3 层10 表层
具体实施例方式图1是包括被覆层3的表面被覆构件1的截面的透射电子显微镜(TEM)照片的概 念图。图2是被覆层3的截面的中间层附近的扫描型电子显微镜(SEM)照片，(a)示出本 发明件，(b)示出比较件。图3是被覆层3的截面的主要部分的场发射型透射电子显微镜 (FE-TEM)照片的图像图。如图1 3所示，本发明一实施方式的表面被覆构件1具备基体2和在该基体2 的表面形成的被覆层3。并且，该被覆层3顺次层叠有碳氮化钛(TiCN)层4 ；作为构成元素 至少包括钛、铝、氧及碳的中间层5;以及氧化铝层(α型Al2O3层)9，氧化铝层9主要由α 型结晶结构的氧化铝(Al2O3)结晶构成。在此，中间层5以0. 5 30nm的平均膜厚不间断地存在。由此，其上部的α型 Al2O3层9由大致单一的α型Al2O3构成，并且，由于中间层5薄，因此能够抑制α型Al2O3 层9从硬度低的含有氧的中间层5部分剥离。S卩，若不存在含有钛、铝、氧及碳的中间层5，则在其上部的α型Al2O3层9中生成k型结晶结构的Al2O3，而α型结晶结构的Al2O3的存在比率降低，从而使Al2O3层的硬度降 低。另外，若中间层5的平均膜厚比0. 5nm薄，则很难不间断地形成中间层5，若中间层5间 断，则会在α型Al2O3层9中生成k型结晶结构的Α1203。而若中间层5的膜厚比30nm厚， 则含有氧的硬度低的中间层5容易受到在TiCN层4与α型Al2O3层9之间产生的应力的 影响而剥离。此外，可以通过观察包括被覆层3的表面被覆构件1的截面的透射电子显微镜 (TEM)照片来测定中间层5的厚度。另外，可以使用透射电子显微镜(TEM)，通过利用能量 分散型X射线光谱法(EDS)、电子能量损失光谱法(EELS)等的元素的存在判别、定量分析来 测定构成中间层5的原子种类及其组成比。在此，为了能够大致单一地稳定形成α型结晶结构的Al2O3，而不在α型Al2O3层 9中局部地生成k型结晶结构的Al2O3，优选中间层5的厚度方向的中央的氧含有量为15 40原子％。另外，对于通过X射线衍射分析得到的硬质层3的衍射峰值，当设属于TiCN的(200)面的出现衍射峰值的2 θ的值为θ t、设在 JCPDS 卡(由 “Joint Committeeon Powder Diffraction Standards” 发行 的化学物质的粉末X射线衍射数据文件)中记载的(200)面的出现衍射峰值的2 θ的值为
θ to、设属于Al2O3层的(012)、(104)、(110)及(113)面的出现衍射峰值的2 θ的值分 别为其中，(hkl)为(012)、(104)、(110)及(113)中的任一个)、设在JCPDS卡中记载的Al2O3的α型结晶结构的(012)、(104)、(110)及(113)面 的出现衍射峰值的各结晶面的2 θ的值分别为θ aQ_ (其中，(hkl)为(012)、(104)、(110) 及(113)中的任一个)时，Δ 0t( = Ot-Oto)与 Δ θ a(hkl) ( = θ a(hkl)- θ a0(hkl))的差 Δ θ z(hkl)(= Δ et-A θ a(hkl))的任一个在-0.2° 0.2°的范围内，其中，Δ 91是91与θ t(1的差， Δ θ a(hkl)是(012)、(104)、(110)及(113)面各自的 θ a(hkl)与 θ a0(hkl)的差，其中，(hkl)为 (012)、(104)、(110)及(113)中的任一个。此时，不会从TiCN层4与α型Al2O3层9的界 面剥离，结果提高了 α型Al2O3层9的密接力。另外，可知当α型Al2O3的(012)面的Δ θ z(Q12)在-0. 2° 0°的范围内时，TiCN 层4与α型Al2O3层9之间的附着力进一步提高。对于本发明的X射线衍射测定法，可以用使用Cu作为X射线的管球的Cu-K α线。 而在确定衍射角2 θ的位置时，为了准确测定峰值位置而除去Κα。对于其它的测定条件， 可以依照通常的X射线衍射法的条件。在此，根据本实施方式，从使α型Al2O3结晶向特定的方向变形，从而能够优化结 晶中产生的残留应力的分布，提高α型Al2O3层9的硬度及强度，且能够同时提高α型 Al2O3层9的耐磨损性和抗崩性的角度出发，优选在α型Al2O3层9中，在将所述θ a((ll2)与
θ a0(012)的差修IH为零时，θ a(116) 与θ
a0(ll6)
(57.52° )相比在低角度侧出现。S卩，在现有的通过CVD方法形成的α型Al2O3层中产生拉伸应力，所述2 θ (116) 具有比所述2 Qtl(Il6)向高角度侧移动的结晶结构，与之相对，本实施方式的表面被覆构件 1的α型Al2O3层9在(116)面产生与现有的通过CVD方法形成的α型Al2O3层的(116)面中产生应力不同方向的应力，拉伸应力被缓和，所述2 θ (116)具有比所述2Θ。(116)向 低角度侧移动的结晶结构。根据这样的结构，本实施方式的表面被覆构件1提高了 α型 Al2O3层9的强度及硬度，并且能够提高抗崩性及耐磨损性。此时，从能够优化α型Al2O3结晶中产生的残留应力的状态，并能够防止由残留应 力的过剩增加引起的α型Al2O3层9的抗崩性降低出发，优选所述ea(116)在比所述eatol2) 高31. 8° 31. 9°的角度侧出现。此外，在这样修正表示各面的测定数据时，之所以使用α型Al2O3层9的峰值中属 于(012)面的峰值作为基准，是因为该峰值位于最低角度侧。即，是由于即使在晶格发生变 形的情况下，峰值偏移也很小。另外，通过θ a(104)、θ a(no)、θ a(113)及 θ a(024)分别出现在比 θ a咖4)、θ a0(n0)、θ a0(113) 及0aQ_高的角度侧，能够提高Al2O3结晶的强度，并能够提高α型Al2O3层的抗崩性，因 而优选。作为碳氮化钛层4与α型Al2O3层9的中间的组成，从能够彼此牢固地结合的角 度出发，优选中间层5中的厚度方向的中央的钛原子的含有量为通过组成分析检测出的所 有元素的总量的20 40原子％，并且，铝原子的含有量为5 15原子％。另外，从提高中间层5的硬度和强度，能够抑制在强冲击时容易产生的破坏，且能 够维持优良的密接性的角度出发，优选中间层5中的厚度方向的中央的氧原子的含有量为 通过组成分析检测出的所有元素的总量的25 40原子％。并且，作为在中间层5的正下方形成的TiCN层4，既可以是由粒状结晶构成的 TiCN层，也可以是由柱状结晶构成的TiCN层，但是若该TiCN层4由柱状结晶构成，则由于 提高了被覆层3整体的韧性，因此能够抑制被覆层3的缺损或崩刃。位于这样的TiCN层4与α型Al2O3层9的界面的中间层5含有TiCN层4的钛元 素及α型Al2O3层9的铝元素双方，并且，通过仅供给不引起化学反应的原料气体，在成膜 中的被覆层(形成α型Al2O3层9之前)的表面附着残留有一部分原料气体，由此形成极 薄且不间断的中间层5。优选在TiCN层4与基体2之间或在α型Al2O3层9的上层形成从氮化钛层、碳化 钛层、碳氮氧化钛层、碳氧化钛层、氮氧化钛层的组中选择的至少一层的其它Ti系被覆层。另外，表面被覆构件1的基体2能够适合使用超硬合金、Ti基金属陶瓷或Si3N4、 Al2O3、金刚石、立方氮化硼(cBN)等的陶瓷中的任一种，其中超硬合金由结合相结合硬质相 而成，硬质相由碳化钨(WC)和根据需求从周期表第4、5、6族金属的碳化物、氮化物、碳氮化 物的组中选择的至少一种构成，结合相由钴(Co)及/或镍(Ni)等铁类金属构成。尤其在 将表面被覆构件1作为切削工具使用时，从抗崩性及耐磨损性的观点出发，优选基体2由超 硬合金或金属陶瓷构成。另外，根据用途，基体2也可以由碳素钢、高速钢、合金钢等金属构 成。作为切削工具以外的用途，由上述结构形成的表面被覆构件1还可以应用于滑动 部件或模具等耐磨部件、挖掘工具、刃具、耐冲击部件等各种用途。例如，在作为切削工具使 用时，以使在前刀面与后刀面的交差部形成的切削刃与被切削物接触而进行切削加工的方 式使用能够发挥上述优良的效果。另外，在用于其它的用途时也具有优良的机械可靠性。尤其对于在切削工具方面的应用，以灰铸铁(FC材料)或球墨铸铁(FCD材料)为代表的分散有高硬度粒子的金属作为被切削材料在重断续切削等那样的在切削刃上产生 强烈冲击的严酷的切削条件下，与以往的切削工具相比，表现出优良的切削性能。即，即使 在被覆层3上施加例如突发的大的冲击，根据本实施方式的被覆层3，由于α型Al2O3层9 经由中间层5与碳氮化钛层4牢固地结合，因此也能够抑制被覆层3的崩刃或缺损。另外， 在存在于铸铁的铸口、铸模飞边的切削这样的在切削中产生切深变动的连续切削条件下， 进而在将这样的连续切削和所述断续切削组合的复合切削条件下，也能够表现出上述优良 的切削性能。当然，在钢的切削加工中也能够表现出比以往的工具优良的抗崩性及耐磨损 性。(制造方法)接下来，说明上述的表面被覆切削工具的制造方法的一实施方式。首先，在通过烧 成能够形成上述基体的金属碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物等无机物粉末中添加适当的 金属粉末、碳粉末等并进行混合，通过冲压成形、铸入成形、压出成形、冷等静压成形等公知 的方法而成形规定的工具形状。之后，将得到的成形体在真空中或非氧化性氛围中烧成，由 此制作由上述的硬质合金构成的基体2。然后，根据要求对上述基体2的表面实施研磨加工 或切削刃部的珩磨加工。接着，通过化学气相沉积(CVD)法在得到的基体2的表面形成被覆层3。首先，根据要求，在基体2的正上方形成作为基底层7的氮化钛(TiN)层。作为基 底层7的氮化钛层的成膜条件的一例，优选使用组成为以0. 5 10体积％的比例含有四氯 化钛(TiCl4)气体、以10 60体积％的比例含有氮气(Ν2)、余量为氢气(H2)的混合气体， 且成膜温度为800 940°C (腔内)，压力为8 50kPa。接下来，在基底层7的上层形成碳氮化钛(TiCN)层4 (a工序)。作为该TiCN层4成膜条件的一例，列举如下条件使用组成为以0. 5 10体 积％的比例含有四氯化钛(TiCl4)气体、以10 60体积％的比例含有氮气(N2)、以0. 1 3.0体积％的比例含有乙腈(CH3CN)气体、余量为氢气(H2)的混合气体，成膜温度为780 880 0C (腔内)，压力为5 25kPa，将由所谓的柱状结晶构成的MT-TiCN层成膜。由此，能 够提高被覆层3的抗崩性。另外，TiCN层4可以不必是整个膜在单一条件下成膜的单一组织，也可以在成膜 的中途改变条件。例如，在上述条件下的成膜的中途，可以将成膜条件改变成如下条件来 成膜由粒状结晶构成的HT-TiCN层，所述成膜条件是使用混合气体，该混合气体的组成为 以0. 1 3体积％的比例含有四氯化钛(TiCl4)气体、以0. 1 10体积％的比例含有甲烷 (CH4)气体或乙腈(CH3CN)气体、以0 15体积％的比例含有氮气(N2)、余量为氢气(H2)，成 膜温度为950 1100°C，压力为5 40kPa。这样，形成层叠有由柱状结晶构成的MT-TiCN 层和由粒状结晶构成的HT-TiCN层的结构，该结构能够提高TiCN层4和α型Al2O3层9的 密接力，因而优选。接着，在TiCN层4的上层形成中间层5。首先，仅使四氯化钛(TiCl4)流动或将氢作为载气，使含有四氯化钛(TiCl4)、氧 源、碳源的反应气体流动，从而成膜作为中间层5的基层(b-Ι工序钛化工序)。由此，TiCN 层4的表面被蚀刻而形成作为中间层5的基层。作为此时的混合气体，使用组成为以0. 5 10体积％的比例含有四氯化钛(TiCl4)气体、余量为氢气(H2)的混合气体。将该混合气体
8导入反应腔内，反应腔内的温度为950 1100°C，压力为5 40kPa(钛化工序b_l工序)。在该工序中，在分解作为处理气体的TiCl4气体的过程中具有蚀刻TiCN层4的表 面的效果，通过基于该化合物的蚀刻效果，能够获得对TiCN层4的表面赋予微观的凹凸的 效果。因此，通过该微观的凹凸带来的锚固效果(了 >力一効果)，能够进一步提高密接性。接下来，将氮气(N2)或氩(Ar)等稀有气体作为载气，使二氧化碳(CO2)流动，从而 氧化作为中间层5的基层的表面(b-2工序氧化处理工序)。由此，包括用于形成中间层5 的基层的成膜中的被覆膜的表面不会被过度氧化。作为此时的混合气体的条件，使用如下 构成的混合气体含有0. 5 4. 0体积％的二氧化碳(CO2)气体，余量为氮气(N2)。然后， 将该混合气体导入反应腔内，反应腔内的温度为950 1100°C，压力为5 40kPa，从而对 包括作为所述中间层5的基层的TiCN层4的表面进行氧化处理。此外，在上述条件中，也可以省略b-Ι工序(钛化工序)，并且，将接下来的b_2工 序(氧化工序)的成膜时的混合气体的条件设为含有0. 1 0. 5体积％的二氧化碳(CO2) 气体、余量为氮气(N2),将该混合气体导入反应腔内，反应腔内的温度为950 1100°C，压 力为5 40kPa，从而使所述中间层5以0. 5 5nm的厚度极薄地形成。然后，将氢作为载气使三氯化铝(AlCl3)流动，从而对在上述b_2工序中氧化的所 述中间层的表面进行成膜后述的Al2O3层的前处理(b-3工序铝化处理工序)。作为具体 的成膜条件的一例，使用组成为含有0. 5 5. 0体积％的三氯化铝(AlCl3)气体、余量为氢 气(H2)的混和气体，将该混合气体导入反应腔内，反应腔内的温度为950 1100°C，压力为 5 40kPa。此外，由于该b-3工序能够由后述的α型Al2O3层9的成膜工序即c工序替 换，因此也可以省略，但为了在中间层5的表面生成α型结晶结构的Al2O3结晶的核，提高 Al2O3层9与中间层5的密接力，优选进行该b-3工序，上述α型结晶结构的Al2O3结晶的 核成为用于成膜α型Al2O3层9的基层。如上所述，中间层5是通过将TiCN层4的表面部分蚀刻后继续氧化而生成的TiCN 层4的改性层。通过利用具备上述工序的制造方法形成中间层5，能够将对在中间层5的正上方 形成的α型Al2O3层9的结晶成长带来影响的中间层5极薄且不间断地形成。S卩，在通过 导入通常的原料气体并进行化学反应而成膜中间层5的方法中，由于首先成膜的中间层5 的核被稀疏地形成，且该核在逐渐增加的同时进行堆积，因此很难以30nm极薄的厚度不间 断地成膜中间层5。根据本发明，在成膜中通过氧化被覆层的表面来控制中间层5。在此， 在该氧化时，如果在CVD法中使用通常作为载气使用的氢气(H2),则由于氢气(H2)与用于 氧化的二氧化碳(CO2)反应生成水(H2+C02 = C(HH2O)，因此，在生成的水的作用下而使被覆 层的表面急剧反应，生成氧化钛，从而使中间层5异常成长而成膜(参照图2(b))。因此，根 据本发明，在氧化工序中，为了抑制被覆层的表面被过度氧化，使用氮气(N2)或稀有气体作 为载气，而不使用氢气(H2)。由此，不会与用于氧化的二氧化碳(CO2)反应而使被覆层的表 面被过度氧化，能够形成极薄且不间断的中间层5(参照图2(a))。此外，在使用一氧化碳 (CO)而不是使用二氧化碳(CO2)来作为用于氧化的气体时，不能够使被覆层的表面充分氧 化，在α型Al2O3层9中容易生成k型结晶。之后，紧接着形成α型Al2O3层9 (c工序)。作为具体的成膜条件的一例，优选使 用含有0. 5 5. 0体积％的三氯化铝(AlCl3)气体、含有0. 5 3. 5体积％的氯化氢(HCl)气体、含有0. 5 5. 0体积％的二氧化碳(CO2)气体、含有0 0. 5体积％的硫化氢(H2S) 气体、余量为氢气(H2)的混和气体，且成膜温度为950 1100°C，压力为5 lOkPa。在此，作为α型Al2O3层9，首先，在降低HCl气体流量的成膜条件下形成α型 Al2O3层9的下部区域，之后，在HCl气体的流量比上述条件高的条件下形成α型Al2O3层9 的上部区域，即，更优选α型Al2O3层9具有两种结晶结构不同的区域。由此，在成膜初期 形成α型Al2O3的微细的结晶核。因此，由于在与中间层5的界面存在的各α型Al2O3粒 子中产生的残留应力被分散，因此界面的密接力变高。并且，通过形成α型Al2O3的微细的 结晶核，使α型Al2O3层9整体的结晶微细化，从而也具有提高α型Al2O3层9的硬度的效并且，根据要求，在α型Al2O3层9的上层形成氮化钛层作为表层10。作为TiN 层的成膜条件，优选使用其组成为以0. 1 10体积％的比例含有四氯化钛(TiCl4)气体、 以10 60体积％的比例含有氮气(Ν2)、余量为氢气(H2)的混合气体，反应腔内的温度为 960 1100°C，压力为 10 85kPa。然后，根据要求，对形成的被覆层3表面的至少切削刃部进行研磨加工。通过该研 磨加工，形成切削刃部被平滑地加工、抑制被切削材料的熔敷且抗崩性优良的工具。实施例1在平均粒径为1. 5 μ m的碳化钨(WC)粉末中以6质量％添加平均粒径为1. 2 μ m 的金属钴((0)、以0.2质量％添加碳化钽(TaC)粉末，并进行混合，通过冲压成形而成形出 切削工具形状(CNMA120412)。对得到的成形体实施脱粘合剂处理，在0. 5 IOOPa的真空 中以1400°C进行一小时烧成来制作超硬合金。然后，对于制作的超硬合金，通过刷光加工对 前刀面侧实施刀尖处理(R珩磨)。接下来，对于上述的超硬合金，通过CVD法以表1 表4所示的成膜条件及层结构 形成各种被覆层3。并且，通过从前刀面侧对被覆层3的表面进行30秒钟的刷光加工来制 作试料No. 1 29的表面被覆切削工具。[表 1]
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权利要求
一种表面被覆构件，其特征在于，在基体的表面具备被覆层，该被覆层具有顺次粘附形成有碳氮化钛(TiCN)层、中间层和氧化铝(Al2O3)层的层叠体，所述中间层含有钛、铝、碳及氧，并且以0.5～30nm的平均膜厚不间断地存在，所述氧化铝(Al2O3)层由α型结晶结构的氧化铝(Al2O3)构成。
2.根据权利要求1所述的表面被覆构件，其特征在于，所述中间层的厚度方向的中央的氧含有量为15 40原子％。
3.根据权利要求1所述的表面被覆构件，其特征在于，对于通过X射线衍射分析得到的所述表面被覆构件的衍射峰值， 当设属于TiCN的(200)面的出现衍射峰值的2 θ的值为0t、 设在JCPDS卡中记载的TiCN的(200)面的出现衍射峰值的2 θ的值为θ t(1、 设属于Al2O3的α型结晶结构的(012)、(104)、(110)及(113)面的出现衍射峰值的 2 θ 的值分别为 9a(hkl)(其中，(hkl)为(012)、(104)、(110)及(113)中的任一个)、设在JCPDS卡中记载的Al2O3的α型结晶结构的(012)、(104)、(110)及(113)面的出 现衍射峰值的各结晶面的2 θ的值分别为eaQ(hkl)(其中，(hkl)为(012)、(104)、(110)及 (113)中的任一个)时，Δ θ t ( = θ t_ θ t0)与 Δ θ a(hkl) ( = θ a(hkl)-θ a0(hkl))的差 Δ θ z(hkl) ( = Δ θ t- Δ θ a(hkl))的任一个在-0.2° 0.2°的范围内，其中，Δ θ t 是 θ t 与 θ t0 的差，Δ θ a(hkl)是(012)、(104)、(110)及(113)面各自的 θ a(hkl)与 θ a0(hki)的差(其中，(hkl)为(012)、(104)、(110)及(113)中的任一个)。
4.根据权利要求3所述的表面被覆构件，其特征在于， 所述(012)面的Δ θζ(。12)在-0.2° 0°的范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的表面被覆构件，其特征在于，在所述α型氧化铝层中，当将所述0a(Q12)与所述ea_12)的差修正为零时，ea(116)与 a0(ll6) 相比在低角度侧出现。
6.根据权利要求5所述的表面被覆构件，其特征在于， 所述0a(116)在比0_12)高31.8° 31. 9°的角度侧出现。
7.根据权利要求5或6所述的表面被覆构件，其特征在于，^ a(104)、 G a(iio)、 ^ a(ll3)a (024) 分别出现在比 ^ a0(104)、G a0(110)、^ a0(ll3)aO (024)的角度侧。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的表面被覆构件，其特征在于， 所述α型氧化铝层由沿着厚度方向延伸的柱状结晶构成。
9.一种切削工具，其具备权利要求1至7中任一项所述的表面被覆构件。全文摘要
本发明提供一种抗粘接性优良且抗崩性优良的表面被覆构件。其在基体(2)的表面具备被覆层(3)，该被覆层(3)具有顺次粘附形成有碳氮化钛(TiCN)层(4)、中间层(5)和α型氧化铝(Al2O3)层(9)的层叠体，该中间层(5)含有钛、铝、碳及氧，并且以0.5～30nm的平均膜厚不间断地存在，α型氧化铝(Al2O3)层(9)由α型结晶结构的氧化铝(Al2O3)构成。
文档编号B23B27/14GK101959631SQ20098010644
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月25日 优先权日2008年2月27日
发明者儿玉芳和, 深野刚, 谷渊荣仁 申请人:京瓷株式会社