具有硬质包覆层的表面包覆切削工具构件 和在切削工具表面上形成该硬质包覆层的方法 【技术领域】
本发明涉及在伴随产生高热的高速切削条件下进行各种钢或铸铁等的切削加工的场合，或者在伴随高的机械冲击的高吃刀或高走刀等重型切削的条件下进行各种钢或铸铁的切削加工的场合，硬质包覆层具有优异的高温特性和强度，借此表现出优异的寿命特性的包覆切削工具，以及在切削工具表面上形成上述硬质包覆层的方法。
背景技术
一般来说，在包覆切削工具中，有装拆自如的安装于刀具的前端部而用于各种钢或铸铁等被切削材料的旋削加工或平削加工地不重磨刀片，用于上述被切削材料的开孔加工等的钻头或小型钻头，进而用于上述被切削材料的面削加工或槽加工、肩加工等的实心式的端面铣刀等，此外装拆自如地安装上述不重磨刀片，与上述实心式的端面铣刀同样地进行切削的不重磨刀片端面铣刀工具等是公知的。
此外，作为包覆切削工具，在碳化钨(以下用WC表示)基超硬合金、碳氮化钛(以下用TiCN表示)基金属陶瓷组成的基体、或立方氮化硼(以下用c-BN表示)基烧结材料基体(以下作为这些的总称叫做硬质基体)的表面上，以1～15μm的平均厚度物理汽相沉积TiN或满足结构式(AlzTi1-z)N(其中按原子比，z表示0.4～0.65)的Al与Ti的复合氮化物〔以下用(Al，Ti)N表示〕层组成的硬质包覆层而成的包覆超硬工具是公知的，这些用于各种钢或铸铁等的连续切削或断续切削加工也是公知的。
进而，以下述方法制造上述包覆切削工具也是公知的，即在图2中以概略说明图所示的作为物理汽相沉积装置的一种的电弧离子镀装置中装入上述硬质基体，在靠加热器把装置内加热到例如500℃的温度的状态下，在阳极电极与具有规定组成的Al-Ti合金所固定的阴极电极(蒸发源)之间，以例如电流为90A的条件发生电弧放电，同时作为反应气体把氮气引入装置内，形成例如2Pa的反应气氛，另一方面在上述硬质基体的表面上，在施加例如-100V的偏置电压的条件下，在上述超硬合金基体的表面上汽相沉积由上述(Al，Ti)N层组成的硬质包覆层。
另一方面，以提高硬质包覆层的滑动特性为目的，例如像特开平5-330956号中所公开的那样，提出了通过离子掺杂法形成满足结构式(Ti1-xRx)N(其中z取为0.005～0.20的范围的值。R表示稀土元素，作为其候补可以举出Dy、Y、La、Nd、Gd等。此外，z表示总金属元素中稀土元素的原子比)的Ti与稀土元素的复合氮化物〔以下用(Ti，R)N表示〕层组成的硬质包覆层。
近年的切削加工装置的高性能化惊人，另一方面对切削加工的省力化和省能量化、进而低成本化的要求很强，随此，虽然切削加工处于高速化的倾向中，但是在上述以往的包覆切削工具中，虽然在通常的切削加工条件下用这些的场合没有问题，但是在伴随高发热的高速切削条件下用这些的场合，则现状是加速了硬质包覆层的磨损进行，在比较短的时间内既达到使用寿命。
进而，近年来，虽然切削加工处于可以在高吃刀或高走刀等重型切削条件下进行的倾向中，但是在上述以往的包覆切削工具中，虽然在通常的切削加工条件下用这些的场合没有问题，但是在伴随高的机械冲击的高吃刀或高走刀等重型切削条件下进行断续切削加工的场合，则现状是特别是起因于硬质包覆层的强度和韧性不足而卷刃(微小裂纹)变得容易发生，在比较短的时间内既达到使用寿命。
【发明内容】
因此，本发明者们根据上述这种观点，为了开发表现出优异的寿命特性的包覆切削工具，特别是在断续重型切削加工中发挥优异的耐卷刃性的包覆切削工具，着眼于上述以往的构成包覆切削工具的硬质包覆层，进行研究，结果得到以下(a)至(c)的研究结果。
(a)在用上述图2中所示的电弧离子镀装置形成(Ti，Y)N层的场合，如果进而调整成Y成分在与Ti成分的总量中所占有的比率(原子比)0.005～0.15的范围，则因包覆膜中的Ti离子与Y离子的共存效应成为具有极高的包覆膜硬度和耐热性，在将其用于切削加工的场合，即使在伴随高的发热的高速切削中也发挥出极其优异的耐磨性。
(b)虽然上述(Ti，Y)N层横跨整个厚度具有实质上均一的组成，因而具有均质的高温硬度与耐磨性，但是如果用在例如图1A中的概略俯视图中，图1B中的概略主视图中所示结构的电弧离子镀装置、即装置中央部设置硬质基体装设用转台，隔着上述转台，以在一侧含有Y成分的Ti-Y合金，在另一侧将金属Ti作为阴极电极(蒸发源)对峙配置的电弧离子镀装置，沿着该装置的上述转台的外周部环状地装设多个硬质基体，在该状态下使装置内气氛为氮气气氛，使上述转台旋转，并且为了谋求汽相沉积所形成的硬质包覆层的层厚均一化的目的一边硬质基体本身也自转，一边在上述两侧的阴极电极(蒸发源)与阳极电极之间发生电弧放电，在上述硬质基体的表面上形成(Ti，Y)N层，则在该结果的(Ti，Y)N层中，在环状配置于转台上的上述硬质基体最接近于上述一侧的Ti-Y合金的阴极电极(蒸发源)的时刻在层中形成Y成分最高含有点，此外在上述硬质基体最接近于上述另一侧的金属Ti的阴极电极的时刻在层中形成TiN点(不含Y成分点)，通过上述转台的旋转，成为具有在层中沿着层厚方向，上述Y成分最高含有点与不含Y成分点以规定间隔重复出现，并且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构。
(c)在重复上述(b)而形成连续变化成分浓度分布结构的(Ti，Y)N层之际，控制作为对峙配置的一侧的阴极电极(蒸发源)的Ti-Y合金中的Y成分含量，与装设了硬质基体的转台的旋转速度。
如果上述Y成分最高含有点满足结构式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x为0.005～0.15)，而且相邻的上述Y成分最高含有点与不含Y成分点的厚度方向的间隔为0.01～0.1μm，则成为在上述Y成分最高含有点部分，表现出相当于上述(Ti，Y)N层具有的高温硬度的优异的高温硬度，另一方面，在上述不含Y成分点部分，由于实质上以TiN点为中心，Y成分含量显著降低，所以确保TiN所具有的高强度与高韧性，而且因为这些Y成分最高含有点与不含Y成分点的间隔极小，所以作为层总体的特性在保持优异的高温特性的状态下成为具备更加优异的强度与韧性。因而，特别是在伴随高的机械冲击的高吃刀或高走刀等重型切削条件下进行各种钢或铸铁等的断续切削加工的场合，硬质包覆层也发挥出优异的耐卷刃性。
本发明是基于上述研究结果而成的，提供一种在硬质基体的表面上以1～15μm的总平均层厚物理汽相沉积由(Ti，Y)N层组成的硬质包覆层，在断续重型切削加工中发挥优异的耐卷刃性的包覆切削工具。
优选是上述硬质包覆层具有以下的浓度分布结构，沿着厚度方向，Y成分最高含有点(Ti成分最低含有点)与不含Y成分点(TiN点)在规定间隔上交互地重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化。
进而，优选是上述Y成分最高含有点满足结构式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x为0.005～0.10)，而且相邻的上述Y成分最高含有点与不含Y成分点的间隔为0.01～0.1μm。
x的范围虽然优选是0.005～0.10，但是为0.005～0.07则更好，为0.01～0.05则最好。
作为上述硬质基体，优选是WC基超硬合金基体，TiCN基金属陶瓷基体，或者c-BN基烧结材料基体等。
此外，基于上述研究结果，本发明提供一种在切削工具表面上形成硬质包覆层的方法，其特征在于，在电弧离子镀装置内的转台上，在沿半径方向离开上述转台的中心轴的位置上自转自如地装设由硬质基体组成的切削工具，
使上述电弧离子镀装置内的反应气氛为氮气气氛，在隔着上述转台对峙配置的Y成分最高含有点(Ti成分最低含有点)形成用Ti-Y合金的阴极电极和不含Y成分点(TiN点)形成用金属Ti的阴极电极，以及与这些阴极电极的每一个一并设置的阳极电极之间发生电弧放电，
因此，在上述转台上一边自转一边旋转的上述切削工具的表面上，以1～15μm的总平均层厚物理汽相沉积由以下的(Ti，Y)N层组成的，在断续重型切削加工中发挥优异的耐卷刃性的硬质包覆层，即、具有沿着厚度方向，Y成分最高含有点(Ti成分最低含有点)与不含Y成分点(TiN点)以规定间隔交互地重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构，进而上述Y成分最高含有点满足结构式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x为0.005～0.10)，而且相邻的上述Y成分最高含有点与不含Y成分点的间隔为0.01～0.1μm，
x的范围虽然优选是0.005～0.10，但为0.005～0.07则更好，为0.01～0.05则最好。
作为上述硬质基体，优选是WC基超硬合金基体，TiCN基金属陶瓷基体，或者c-BN基烧结材料基体等。
下面，针对本发明的包覆切削工具，说明把构成它的硬质包覆层的构成如上所述限定的理由。
(A)Y成分最高含有点的组成
(Ti，Y)N层中的Y成分是为了提高具有高强度和高韧性的TiN层的高温硬度而含有的，因而Y成分的含有比率越高则上述高温特性提高，但是因为如果其比率(x值)高得在与Ti的总量中所占有的比率(原子比)超过0.10，则即使具有高强度和高韧性的TiN点邻接地存在，保持伴随高的机械冲击的高吃刀或高走刀等重型切削条件下的断续切削加工中所要求的强度和韧性变得困难，结果卷刃等变得容易发生，另一方面，其比率(x值)在与Ti的总量中所占有的比率(原子比)不足0.005时得不到上述高温特性中想要的提高效果，所以把其比率定为0.005～0.10，最好是0.005～0.07，最好是0.01～0.05。
(B)Y成分最高含有点与不含Y成分点间的间隔
在该间隔不足0.01μm时在各个点处明确地形成上述组成是困难的，结果变得无法在层中确保想要的高温特性与强度和韧性，此外如果该间隔超过0.1μm则各个点具有的缺点，也就是如果是Y成分最高含有点则强度和韧性不足，如果是不含Y成分点则高温特性不足在层内局部地出现，起因于此卷刃变得容易发生，促进磨损进行，所以把该间隔定为0.01～0.1μm。
(C)硬质包覆层的总平均层厚
在该层厚不足1μm时，无法确保想要的耐磨性，另一方面如果该平均层厚超过15μm，则卷刃变得容易发生，所以把该平均层厚定为1～15μm。
进而，本发明者们根据上述这种观点，为了开发表现出优异的寿命特性的包覆切削工具，特别是在断续重型切削加工中发挥优异的耐卷刃性的包覆切削工具，着眼于上述以往的构成包覆切削工具的硬质包覆层，进行研究，结果得到以上(b)和以下(d)的研究结果。
(d)在重复上述(b)而形成连续变化成分浓度分布结构的(Ti，Y)N层之际，控制作为对峙配置的一方侧的阴极电极(蒸发源)的Ti-Y合金中的Y成分含量，与装设了硬质基体的转台的旋转速度，
如果上述Y成分最高含有点满足结构式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x为0.05～0.15)，而且相邻的上述Y成分最高含有点与不含Y成分点的厚度方向的间隔为0.01～0.1μm，则由于在上述Y成分最高含有点部分处，表现出优异的高温硬度与耐热性，另一方面在上述不含Y成分点处，成为实质上以TiN点为中心Y成分含量显著降低，所以确保TiN具有的高强度与高韧性，而且因为极其减小这些Y成分最高含有点与不含Y成分点的间隔，所以成为在作为整个层的特性保持高强度与高韧性的状态下具备更加优异的高温特性，因而，硬质包覆层由这种构成的(Ti，Y)N层组成的包覆切削工具在伴随高的发热的钢或软钢等的高速切削加工中发挥出更加优异的耐磨性。
本发明是基于上述研究结果而作成的，提供一种在硬质基体的表面上，以1～15μm的总平均层厚物理汽相沉积由(Ti，Y)N层组成的硬质包覆层，在高速切削加工中硬质包覆层发挥出优异的耐磨性的包覆切削工具。
优选是上述硬质包覆层具有下述的成分浓度分布结构，即、沿着厚度方向Y，成分最高含有点(Ti成分最低含有点)与不含Y成分点(TiN点)在规定间隔上交互地重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化。
进而，优选是上述Y成分最高含有点满足结构式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x为0.05～0.15)，而且相邻的上述Y成分最高含有点与不含Y成分点的间隔为0.01～0.1μm。
作为上述硬质基体，优选是WC基超硬合金基体，TiCN基金属陶瓷基体，或者c-BN基烧结材料基体等。
此外，基于上述研究结果，本发明提供一种在切削工具表面上形成硬质包覆层的方法，其特征在于，在电弧离子镀装置内的转台上，在沿半径方向离开上述转台的中心轴的位置上自转自如地装设由硬质基体组成的切削工具，
使上述电弧离子镀装置内的反应气氛为氮气气氛，在隔着上述转台对峙配置的Y成分最高含有点(Ti成分最低含有点)形成用Ti-Y合金的阴极电极和不含Y成分点(TiN点)形成用金属Ti的阴极电极，与这些阴极电极的每一个一并设置的阳极电极之间发生电弧放电，
因此，在上述转台上一边自转一边旋转的上述切削工具的表面上，以1～15μm的总平均层厚物理汽相沉积由以下的(Ti，Y)N层组成的，在高速切削加工中发挥优异的耐磨性的硬质包覆层，即、具有沿着厚度方向，Y成分最高含有点(Ti成分最低含有点)与不含Y成分点(TiN点)以规定间隔交互地重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构，进而上述Y成分最高含有点满足结构式(Ti1-xYx)N(其中，原子比x为0.05～0.15)，而且相邻的上述Y成分最高含有点与不含Y成分点的间隔为0.01～0.1μm，
作为上述硬质基体，优选是WC基超硬合金基体，TiCN基金属陶瓷基体，或者c-BN基烧结材料基体等。
下面，说明把构成本发明的包覆切削工具的硬质包覆层，和通过本发明的硬质包覆层形成方法所形成的构成它的硬质包覆层的构成如上所述限定的理由。
(D)Y成分最高含有点的组成
(Ti，Y)N层中的Y成分是为了提高具有高强度和高韧性的TiN层的高温硬度和耐热性而含有的，因而Y成分的含有比率越高则上述高温特性提高，但是因为如果其比率(x值)高得在与Ti的总量中所占有的比率(原子比)超过0.15，则即使具有高强度和高韧性的TiN点邻接地存在也避免不了层本身的强度和韧性的降低，结果变得刀刃上容易发生卷刃(微小缺口)等，另一方面其比率(x值)在与Ti的总量中所占有的比率(原子比)不足0.05时得不到上述高温特性中想要的提高效果，所以把其比率定为0.05～0.15。
(E)Y成分最高含有点与不含Y成分点间的间隔
在该间隔不足0.01μm时在各个点处明确地形成上述组成是困难的，结果变得无法在层中确保想要的高温特性与强度和韧性，此外如果该间隔超过0.1μm则各个点具有的缺点，也就是如果是Y成分最高含有点则强度和韧性不足，如果是不含Y成分点则高温特性不足在层内局部地出现，起因于此刀刃上卷刃变得容易发生，促进磨损进行，所以把该间隔定为0.01～0.1μm。
(F)硬质包覆层的总平均层厚
在该层厚不足1μm时，无法确保想要的耐磨性，另一方面如果该平均层厚超过15μm，则刀刃上卷刃变得容易发生，所以把该平均层厚定为1～15μm。
【附图说明】
图1A、B示出为要形成构成本发明的包覆切削工具的硬质包覆层而用的电弧离子镀装置，图1A是概略俯视图，图1B是概略主视图。
图2是以往为要形成构成包覆切削工具的硬质包覆层而用的通常的电弧离子镀装置的概略说明图。
图3A是包覆超硬刀片的概略透视图，图3B是包覆超硬刀片的概略纵断面图。
图4A是包覆超硬端面铣刀的概略主视图，图4B是包覆超硬端面铣刀的刀刃部分的概略横断面图。
图5A是包覆超硬钻头的概略主视图，图5B是包覆超硬钻头的概略横断面图。
【具体实施方式】
下面，用实施例具体地说明本发明的包覆切削工具。
以下所示的实施例1～3涉及表现出优异的寿命特性的包覆切削工具，特别是发挥出优异的耐磨性的包覆切削工具。
(实施例1)
作为原料粉末，准备全都具有1～3μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、和Co粉末，把这些原料粉末配合成表1中所示的配合组成，用球磨机湿式混合72小时，干燥后，以100MPa的压力压制成形成压粉体，把这种压粉体在6Pa的真空中以温度为1400℃保持1小时的条件下进行烧结，烧结后，对刀刃部分施行R：0.04的珩磨加工形成具有ISO标准·CNMG120408的刀片形状的WC基超硬合金制的硬质基体A1～A10。
此外，作为原料粉末，准备全都具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(重量比TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末和Ni粉末，把这些原料粉末配合成表2中所示的配合组成，用球磨机湿式混合24小时，干燥后，以100MPa的压力压制成形成压粉体，把这种压粉体在2kPa的氮气气氛中以温度为1500℃保持1小时的条件下进行烧结，烧结后，对刀刃部分施行R：0.04的珩磨加工形成具有ISO标准·CNMG120408的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制的硬质基体B1～B6。
接着，把上述硬质基体A1～A10和B1～B6的各个在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，沿着外周部装设于图1A、1B中所示的电弧离子镀装置内的转台上，隔着上述转台对峙配置作为一侧的阴极电极(蒸发源)的具有种种成分组成的Y成分最高含有点形成用Ti-Y合金，作为另一侧的阴极电极(蒸发源)的不含Y成分点形成用金属Ti，首先，把装置内排气，一边保持成0.5Pa的真空，一边用加热器把装置内加热到350℃后，把-1000V的直流偏置电压施加于在上述转台上一边自转一边旋转的硬质基体上，在作为另一侧的阴极电极的上述金属Ti与阳极电极之间发生电弧放电的条件下实施本发明法，而且对硬质基体表面进行Ti轰击清洗，接着作为反应气体把氮气引入装置内，成为5.3Pa的反应气氛，并且把-30V的直流偏置电压施加于在上述转台上一边自转一边旋转的硬质基体上，在各自的阴极电极(上述Y成分最高含有点形成用Ti-Y合金和不含Y成分点形成用金属Ti)与阳极电极之间发生电弧放电，而且在上述硬质基体的表面上，汽相沉积沿着层厚方向具有表3、4中所示的目标组成的Y成分最高含有点与不含Y成分点(TiN点)交互地同样以表3、4中所示的目标间隔重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构，而且同样表3、4中所示的目标总体层厚的硬质包覆层，借此分别制造具有在图3A中用概略透视图、在图3B中用概略纵断面图所表示的形状的作为本发明的包覆切削工具的本发明表面包覆超硬合金制的不重磨刀片(以下称为本发明包覆超硬刀片)1～16。
此外，出于比较的目的，把这些硬质基体A1～A10和B1～B6在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，分别装入图2中所示的通常的电弧离子镀装置，作为一方的阴极电极(蒸发源)装设具有种种成分组成的Ti-Y合金，把装置内排气，一边保持成0.5Pa的真空，一边用加热器把装置内加热到500℃后，把Ar气体引入装置内，成为10Pa的Ar气氛，在该状态下把-800V的偏置电压施加于硬质基体上并对硬质基体表面进行Ar轰击清洗，接着作为反应气体把氮气引入装置内，成为2Pa的反应气氛，并且把施加于上述硬质基体的偏置电压降至-250V，在上述阴极电极与阳极电极之间发生电弧放电的条件下实施以往方法，而且在上述硬质基体A1～A10和B1～B6的各自的表面上，汽相沉积具有表5、6中所示的目标组成和目标层厚，而且沿层厚方向实质上没有组成变化的(Ti，Y)N层组成的硬质包覆层，借此分别制造具有同样图3A、B中所示的形状的作为以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制的不重磨刀片(以下称为以往包覆超硬刀片)1～16。
接着，在用固定夹具把上述本发明包覆超硬刀片1～16和以往包覆超硬刀片螺钉固定于工具钢制刀杆的前端部的状态下，进行在
被切削件：JIS·SCM440的圆棒，
切削速度：285m/min
吃刀量：1.5mm
送进：0.3mm/rev
切削时间：5分钟的条件下的合金钢的干式高速连续旋削加工试验，进行在
被切削件：JIS·S45C的长度方向等间隔加有4条纵槽的圆棒，
切削速度：315m/min
吃刀量：2mm
送进：0.25mm/rev
切削时间：5分钟的条件下的碳素钢的干式高速断续旋削加工试验，进而进行在
被切削件：JIS·FC330的长度方向等间隔加有4条纵槽的圆棒，
切削速度：355m/min
吃刀量：2mm
送进：0.25mm/rev
切削时间：5分钟的条件下的铸铁的干式高速断续旋削加工试验，每个旋削加工试验中都测定刀刃的后隙面磨损幅度，该测定结果示于表3～6。
[表1] 种别 配合组成(质量％) Co TiC TaC Nbc VC Cr3C2WC硬质基体︵刀片︶ A-1 5.5 - 1 - - -其余 A-2 6 - - - - 0.5其余 A-3 6.5 - - - 0.5 0.5其余 A-4 7 0.4 - 1.5 - -其余 A-5 8 - - 2 - -其余 A-6 8.5 8 9 1 - -其余 A-7 8.5 6 - 5 - -其余 A-8 10 10 - 5 - 0.5其余 A-9 12 - - - - 0.8其余 A-10 12.5 1.5 - - 0.5 0.5其余
[表2] 种别 配合组成(质量％) Co Ni ZrC TaC NbC MO2C WC TiCN 硬 质 基 体 ︵ 刀 片 ︶ B-1 12.5 5 - 10 - 10 16 其余 B-2 8.5 7 - 5 - 7.5 - 其余 B-3 6 - - - 2 6 10 其余 B-4 10 5 - - 8 - - 其余 B-5 9 4 1 - 5 10 10 其余 B-6 12 5.5 - - 6 9.5 14.5 其余
[表3] 种别 硬质基体 符号 硬质包覆层 后隙面磨损宽度(mm) Y成分最高含有点 不含Y成 分点 两点间的 目标间隔 (μm)目标总体 层厚 (μm) 合金钢 的连续 高速 碳素钢 断续 高速 铸铁 断续 高速 目标组成(原子比) Ti Y N本发明包覆超硬刀片 1 A-1 0.950 0.050 1.00 TiN 0.01 3 0.25 0.20 0.19 2 A-2 0.925 0.075 1.00 TiN 0.01 15 0.12 0.10 0.08 3 A-3 0.910 0.090 1.00 TiN 0.03 5 0.21 0.20 0.18 4 A-4 0.895 0.105 1.00 TiN 0.04 13 0.14 0.12 0.09 5 A-5 0.880 0.120 1.00 TiN 0.02 8 0.17 0.17 0.13 6 A-6 0.860 0.140 1.00 TiN 0.05 11 0.16 0.15 0.11 7 A-7 0.850 0.150 1.00 TiN 0.06 6 0.21 0.19 0.16 8 A-8 0.945 0.055 1.00 TiN 0.07 9 0.15 0.13 0.12 9 A-9 0.940 0.060 1.00 TiN 0.10 4 0.22 0.21 0.18 10 A-10 0.935 0.065 1.00 TiN 0.08 7 0.19 0.18 0.13
[表4] 种别硬质基体 符号 硬质包覆层 后隙面磨损宽度(mm) Y成分最高含有点不含Y成 分点两点间的目标间隔 (μm)目标总体 层厚 (μm) 合金钢 的连续 高速 碳素钢 断续 高速 铸铁 断续 高速 目标组成(原子比) Ti Y N本发明包覆超硬刀片 11 B-1 0.950 0.050 1.00 TiN 0.01 5 0.22 0.20 0.19 12 B-2 0.930 0.070 1.00 TiN 0.02 7 0.20 0.19 0.15 13 B-3 0.910 0.090 1.00 TiN 0.04 9 0.16 0.15 0.12 14 B-4 0.890 0.110 1.00 TiN 0.05 11 0.15 0.15 0.11 15 B-5 0.870 0.130 1.00 TiN 0.07 13 0.14 0.13 0.10 16 B-6 0.850 0.150 1.00 TiN 0.10 15 0.13 0.12 0.09
[表5] 种别 硬质基体 符号 硬质包覆层 后隙面磨损宽度(mm) 目标组成(原子比)目标层厚 (μm) 合金钢 的连续高速 碳素钢 断续高速 铸铁 断续高速 Ti Y N本发明包覆超硬刀片 1 A-1 0.995 0.005 1.00 3 0.68 0.58 0.53 2 A-2 0.975 0.025 1.00 15 0.55 0.48 0.45 3 A-3 0.970 0.030 1.00 5 0.66 0.56 0.51 4 A-4 0.965 0.035 1.00 13 0.57 0.48 0.46 5 A-5 0.980 0.020 1.00 8 0.61 0.53 0.49 6 A-6 0.970 0.030 1.00 11 0.58 0.49 0.48 7 A-7 0.960 0.040 1.00 6 0.65 0.56 0.50 8 A-8 0.990 0.010 1.00 9 0.60 0.52 0.48 9 A-9 0.985 0.015 1.00 4 0.68 0.58 0.53 10 A-10 0.980 0.020 1.00 7 0.63 0.55 0.49
[表6] 种别 硬质基体 符号 硬质包覆层 后隙面磨损宽度(mm) 目标组成(原子比)目标层厚 (μm) 合金钢 的连续高速 碳素钢 断续高速 铸铁 断续高速 Ti Y N本发明包覆超硬刀片 11 B-1 0.995 0.005 1.00 5 0.65 0.56 0.54 12 B-2 0.985 0.015 1.00 7 0.64 0.54 0.52 13 B-3 0.980 0.020 1.00 9 0.60 0.52 0.51 14 B-4 0.975 0.025 1.00 11 0.58 0.51 0.49 15 B-5 0.970 0.030 1.00 13 0.56 0.50 0.48 16 B-6 0.960 0.400 1.00 15 0.55 0.50 0.48
(实施例2)
作为原料粉末，准备具有平均粒度为5.5μm的中粗粒WC粉末、具有平均粒度0.8μm的微粒WC粉末、具有平均粒径1.3μm的TaC粉末、具有平均粒度1.2μm的NbC粉末、具有平均粒度1.2μm的ZrC粉末、具有平均粒度2.3μm的Cr3C2粉末、具有平均粒度1.5μm的VC粉末、具有平均粒度1.0μm的(Ti，W)C粉末、和具有平均粒度1.8μm的Co粉末，把这些原料粉末分别配合成表7中所示的配合组成，进而加上石蜡在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后，以100MPa的压力压制成形成规定形状的各种压粉体，把这些压粉体在6Pa的真空气氛中，以7℃/分的升温速度升温到1370～1470℃的范围内的规定的温度，在该温度下保持1小时后，在炉冷的条件下进行烧结，形成直径8mm、13mm和26mm的三种硬质基体形成用圆棒烧结体，进而从上述三种圆棒烧结体，用切削加工，以表7中所示的组合，分别制造具有刀刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm、和20mm×45mm的尺寸的硬质基体(端面铣刀)C-1～C-8。
接着，在这些硬质基体(端面铣刀)C-1～C-8的表面上施行珩磨，在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样装入图1A、1B中所示的电弧离子镀装置，在与上述实施例1同一的条件下实施本发明法，汽相沉积有沿着层厚方向具有表8中所示的目标组成的Y成分最高含有点与不含Y成分点交互地同样以表8中所示的目标间隔重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点，从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构，而且同样表8中所示的目标总体层厚的硬质包覆层，借此分别制造具有在图4A中用概略透视图，在图4B中用概略纵断面图所表示的形状的作为本发明的包覆切削工具的本发明表面包覆超硬合金制端面铣刀(以下称为本发明包覆超硬端面铣刀)1～8。
此外，出于比较的目的，在上述硬质基体(端面铣刀)C-1～C-8的表面上施行珩磨，在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样装入图2中所示的通常的电弧离子镀装置，在与上述实施例1同一的条件下实施以往法，汽相沉积具有表9中所示的目标组成和目标层厚，而且沿层厚方向实质上没有组成变化的(Ti，Y)N层组成的硬质包覆层，借此分别制造作为以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制端面铣刀(以下称为以往包覆超硬端面铣刀)1～8。
接着，针对上述本发明包覆超硬端面铣刀1～8和以往包覆超硬端面铣刀1～8当中的，本发明包覆超硬端面铣刀1、2、3和以往包覆超硬端面铣刀1、2、3进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·SKD61(硬度：HRC53)的板材，
切削速度：60m/min
槽深度(吃刀量)：0.2mm
工作台送进：120mm/分钟的条件下的工具钢的湿式高速切槽加工试验，针对本发明包覆超硬端面铣刀4～6和以往包覆超硬端面铣刀4～6，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·SUS304的板材，
切削速度：75m/min
槽深度(吃刀量)：3mm
工作台送进：230mm/分钟的条件下的不锈钢的湿式高速切槽加工试验，针对本发明包覆超硬端面铣刀7、8和以往包覆超硬端面铣刀7、8，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·SNCM439的板材，
切削速度：170m/min
槽深度(吃刀量)：6mm
工作台送进：240mm/分钟的条件下的合金钢的湿式高速切槽加工试验(每个试验都使用水溶性切削油)，在每个切槽加工试验中都测定直到刀刃部分前端面的直径减少使用寿命的大致目标的0.15mm的切槽长度。该测定结果分别示于表8、9。
[表7] 种别 配合组成(质量％) 刀刃部分的直 径×长度(mm) Co (Ti，W)C TaC NbC ZrC Cr3C2 VCWC硬质基体︵端面铣刀︶ C-1 6 - - - - - -微粒：其余 6×13 C-2 6 - 1 0.5 - - -微粒：其余 6×13 C-3 6 - 1 - 1 0.5 0.5微粒：其余 6×13 C-4 8 - - - - 0.5 0.5微粒：其余 10×22 C-5 9 9 9 1 - - -中粗粒：其余 10×22 C-6 9 8 - 8 - - -中粗粒：其余 10×22 C-7 12 17 - 5 - - -中粗粒：其余 20×45 C-8 14 - - 11 10 - -中粗粒：其余 20×45
[表8] 种别硬质基体 符号 硬质包覆层 切槽长度 (m) Y成分最高含有点 不含Y 成分点 两点间的 目标间隔 (μm)目标总体 层厚 (μm) 目标组成(原子比) Ti Y N本发明包覆超硬端面铣刀 1 C-1 0.950 0.050 1.00 TiN 0.01 2 105 2 C-2 0.935 0.065 1.00 TiN 0.02 2 124 3 C-3 0.920 0.080 1.00 TiN 0.04 1 88 4 C-4 0.905 0.095 1.00 TiN 0.03 3 57 5 C-5 0.895 0.105 1.00 TiN 0.05 4 69 6 C-6 0.880 0.120 1.00 TiN 0.06 5 78 7 C-7 0.865 0.135 1.00 TiN 0.08 2.5 163 8 C-8 0.850 0.150 1.00 TiN 0.1 3.5 185
[表9] 种别 硬质基体 符号 硬质包覆层切槽长度 (m) 目标组成(原子比)目标层厚 (μm) Ti Y N以往包覆超硬端面铣刀 1 C-1 0.995 0.005 1.00 2 28 2 C-2 0.990 0.010 1.00 2 32 3 C-3 0.985 0.015 1.00 1 23 4 C-4 0.980 0.020 1.00 3 14 5 C-5 0.975 0.025 1.00 4 17 6 C-6 0.970 0.030 1.00 5 21 7 C-7 0.965 0.035 1.00 2.5 45 8 C-8 0.960 0.040 1.00 3.5 49
(实施例3)
用在上述实施例2中制造的直径8mm(硬质基体C-1～C-3形成用)、13mm(硬质基体C-4～C-6形成用)和26 mm(硬质基体C-7、C-8形成用)的三种圆棒烧结体，从这三种圆棒烧结体，用磨削加工，分别制造具有槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(硬质基体D-1～D-3)、8mm×22mm(硬质基体D-4～D-6)和16mm×45mm(硬质基体D-7、D-8)的尺寸的硬质基体(钻头)D-1～D-8。
接着，在这些硬质基体(钻头)D-1～D-8的表面上施行珩磨，在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样装入图1A、1B中所示的电弧离子镀装置，在与上述实施例1同一的条件下实施本发明法，汽相沉积有沿着层厚方向具有表10中所示的目标组成的Y成分最高含有点与不含Y成分点交互地同样以表10中所示的目标间隔重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构，而且同样表10中所示的目标总体层厚的硬质包覆层，借此分别制造具有在图5A中用概略透视图，在图5B中用概略纵断面图所表示的形状的作为本发明的包覆切削工具的本发明表面包覆超硬合金制钻头(以下称为本发明包覆超硬钻头)1～8。
此外，出于比较的目的，在上述硬质基体(钻头)D-1～D-8的表面上施行珩磨，在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样装入图2中所示的通常的电弧离子镀装置，在与上述实施例1同一的条件下实施以往法，汽相沉积具有表11中所示的目标组成和目标层厚，而且沿层厚方向实质上没有组成变化的(Ti，Y)N层组成的硬质包覆层，借此分别制造作为以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制钻头(以下称为以往包覆超硬钻头)1～8。
接着，针对上述本发明包覆超硬钻头1～8和以往包覆超硬钻头1～8当中的，本发明包覆超硬钻头1～3和以往包覆超硬钻头1～3，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·SKD61(硬度：HRC53)的板材，
切削速度：50m/min
送进：0.2mm/rev的条件下的工具钢的湿式高速开孔加工试验，针对本发明包覆超硬钻头4～6和以往包覆超硬钻头4～6，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·FCD450的板材，
切削速度：120m/min
送进：0.35mm/rev的条件下的球墨铸铁的湿式高速开孔加工试验，针对本发明包覆超硬端面铣刀7、8和以往包覆超硬端面铣刀7、8，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·FC300的板材，
切削速度：150m/min
送进：0.45mm/rev的条件下的铸铁的湿式高速开孔加工试验，在每个湿式开孔加工试验(使用水溶性切削油)中都测定直到前端刀刃面的后隙面的磨损幅度达到0.3mm的开孔加工数。该测定结果分别示于表10、11。
[表10] 种别硬质基体 符号 硬质包覆层 开孔 加工数 (孔) Y成分最高含有点 不含Y 成分点 两点间的 目标间隔 (μm)目标总体 层厚 (μm) 目标组成(原子比) Ti Y N本发明包覆超硬钻头 1 D-1 0.950 0.050 1.00 TiN 0.01 5 468 2 D-2 0.935 0.065 1.00 TiN 0.01 3 422 3 D-3 0.920 0.080 1.00 TiN 0.03 7 505 4 D-4 0.905 0.095 1.00 TiN 0.06 3 1172 5 D-5 0.895 0.105 1.00 TiN 0.10 4 1340 6 D-6 0.880 0.120 1.00 TiN 0.05 2 1096 7 D-7 0.865 0.135 1.00 TiN 0.08 2.5 2042 8 D-8 0.850 0.150 1.00 TiN 0.04 3.5 2156
[表11] 种别硬质基体 符号 硬质包覆层 开孔 加工数 (孔) 目标组成(原子比)目标层厚 (μm) Ti Y N以往包覆超硬钻头 1 D-1 0.995 0.005 1.00 5 123 2 D-2 0.990 0.010 1.00 3 105 3 D-3 0.985 0.015 1.00 7 138 4 D-4 0.980 0.020 1.00 3 304 5 D-5 0.975 0.025 1.00 4 433 6 D-6 0.970 0.030 1.00 2 285 7 D-7 0.965 0.035 1.00 2.5 499 8 D-8 0.960 0.040 1.00 3.5 592
再者，用俄歇分光分析装置测定构成该结果所得到的作为本发明包覆切削工具的本发明包覆超硬刀片1～16，本发明包覆超硬端面铣刀1～8，和本发明包覆超硬钻头1～8的硬质包覆层中的Y成分最高含有点与不含Y成分点的组成，以及作为以往包覆切削工具的以往包覆超硬刀片1～16，以往包覆超硬端面铣刀1～8，和以往包覆超硬钻头1～8的硬质包覆层的组成时，表现出与各自目标组成实质上相同的组成。
此外，用扫描型电子显微镜对这些本发明包覆切削工具的硬质包覆层中的Y成分最高含有点与不含Y成分点间的间隔，和这些的总体层厚，以及以往包覆切削工具的硬质包覆层的厚度进行断面测定时，全都表现出与目标值实质上相同的值。
根据表3～11中所示的结果，硬质包覆层具有沿厚度方向Y成分最高含有点与不含Y成分点交互地以规定间隔重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构的本发明包覆切削工具，全都即使以伴随高的发热的高速进行钢或铸铁的切削加工，也因硬质包覆层Y成分含量更高的上述Y成分最高含有点的存在而具备更加优异的高温特性(高温硬度与耐热性)，进而因实质上由TiN组成的不含Y成分点而具备高强度与高韧性，所以发挥出优异的耐磨性，与此相反在硬质包覆层沿层厚方向实质上没有组成变化，而且Y成分含量比上述Y成分最高含有点相对要低的(Ti，Y)N层组成的以往包覆切削工具中，在伴随高温的高速切削加工中出于高温特性不足的原因刀刃的磨损进行得很快，在比较短时间内就达到使用寿命是明显的。
如上所述，因为本发明的包覆切削工具，特别是即使是各种的钢或铸铁等的高速切削加工也发挥出优异的耐磨性，长期表现出优异的切削性能，所以可以充分满足地适应于切削加工装置的高性能化，以及切削加工的省力化和省能量化，进而低成本化。
下面，通过更多的实施例具体地说明本发明的包覆切削工具。
以下所示的实施例4～6涉及表现出优异的寿命特性的包覆切削工具，特别是发挥出优异的耐卷刃性的包覆切削工具。
(实施例4)
作为原料粉末，准备全都具有1～3μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、和Co粉末，把这些原料粉末配合成表12中所示的配合组成，用球磨机湿式混合72小时，干燥后，以100MPa的压力压制成形成压粉体，把这种压粉体在6Pa的真空中，以温度为1400℃保持1小时的条件下进行烧结，烧结后，对刀刃部分施行R：0.04的珩磨加工形成具有ISO标准·CNMG120412的刀片形状的WC基超硬合金制的硬质基体A1～A10。
此外，作为原料粉末，准备全都具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(重量比TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末和Ni粉末，把这些原料粉末配合成表13中所示的配合组成，用球磨机湿式混合24小时，干燥后，以100MPa的压力压制成形成压粉体，把这种压粉体在2kPa的氮气气氛中，以温度为1500℃保持1小时的条件下进行烧结，烧结后，对刀刃部分施行R：0.04的珩磨加工形成具有ISO标准·CNMG120408的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制的硬质基体B1～B6。
接着，把上述硬质基体A1～A10和B1～B6的各个在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，沿着外周部装设于图1A、1B中所示的电弧离子镀装置内的转台上，隔着上述转台对峙配置作为一侧的阴极电极(蒸发源)的具有种种成分组成的Y成分最高含有点形成用Ti-Y合金，作为另一侧的阴极电极(蒸发源)的不含Y成分点形成用金属Ti，首先，将装置内排气，一边保持成0.5Pa的真空，一边用加热器把装置内加热到350℃后，把-1000V的直流偏置电压施加于在上述转台上一边自转一边旋转的硬质基体上，在作为另一侧的阴极电极的上述金属Ti与阳极电极之间发生电弧放电的条件下实施本发明法，而且对硬质基体表面进行Ti轰击清洗，接着作为反应气体把氮气引入装置内，成为5.3Pa的反应气氛，并且把-30V的直流偏置电压施加于在上述转台上一边自转一边旋转的硬质基体上，在各自的阴极电极(上述Y成分最高含有点形成用Ti-Y合金和不含Y成分点形成用金属Ti)与阳极电极之间发生电弧放电，而且在上述硬质基体的表面上，汽相沉积沿着层厚方向具有表14、15中所示的目标组成的Y成分最高含有点与不含Y成分点(TiN点)交互地同样以表14、15中所示的目标间隔重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构，而且同样表14、15中所示的目标总体层厚的硬质包覆层，借此分别制造具有在图3A中用概略透视图，在图3B中用概略纵断面图所表示的形状的作为本发明的包覆切削工具的本发明表面包覆超硬合金制的不重磨刀片(以下称为本发明包覆超硬刀片)1～20。
此外，出于比较的目的，把这些硬质基体A1～A10和B1～B6在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，分别装入图2中所示的通常的电弧离子镀装置，作为一方阴极电极(蒸发源)装设具有种种成分组成的Ti-Y合金，将装置内排气，一边保持成0.5Pa的真空，一边用加热器把装置内加热到500℃后，把Ar气体引入装置内，成为10Pa的Ar气氛，在该状态下把-800V的偏置电压施加于硬质基体上并对硬质基体表面进行Ar轰击清洗，接着作为反应气体把氮气引入装置内，成为2Pa的反应气氛，并且把施加于上述硬质基体上的偏置电压降至-250V，在上述阴极电极与阳极电极之间发生电弧放电的条件下实施以往法，而且在上述硬质基体A1～A10和B1～B6的各自的表面上，汽相沉积具有表16、17中所示的目标组成和目标层厚，而且沿层厚方向实质上没有组成变化的(Ti，Y)N层组成的硬质包覆层，借此分别制造具有同样图3A中所示的形状的作为以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制的不重磨刀片(以下称为以往包覆超硬刀片)1～20。
接着，针对上述本发明包覆超硬刀片1～20和以往包覆超硬刀片1～20，在把它们用固定夹具螺钉固定于工具钢制刀杆的前端部的状态下，进行在
被切削件：JIS·SCM440的长度方向等间隔加有4条纵槽的圆棒，
切削速度：150m/min
吃刀量：6.8mm
送进：0.2mm/rev
切削时间：7分钟的条件下的合金钢的干式高速断续旋削加工试验，进行在被切削件：JIS·S45C的长度方向等间隔加有4条纵槽的圆棒，
切削速度：150m/min
吃刀量：1.5mm
送进：0.7mm/rev
切削时间7分钟的条件下的碳素钢的干式高速断续旋削加工试验，进而进行在
被切削件：JIS·FC300的长度方向等间隔加有4条纵槽的圆棒，
切削速度：180m/min
吃刀量：7mm
送进：0.2mm/rev
切削时间7分钟的条件下的铸铁的干式高速断续旋削加工试验，每个旋削加工试验中都测定刀刃的后隙面磨损幅度，该测定结果示于表14～17。
[表12] 种别 配合组成(质量％) Co TiC TaC Nbc VC Cr3C2WC 硬 质 基 体 ︵ 刀 片 ︶ A-1 6 - 1 - - -其余 A-2 6.5 - - - - 0.5其余 A-3 7 - - - 0.5 0.5其余 A-4 7.5 0.4 - 1.5 - -其余 A-5 8.5 - - 2 - -其余 A-6 9 8 9 1 - -其余 A-7 9 6 - 5 - -其余 A-8 10.5 10 - 5 - 0.5其余 A-9 12.5 - - - - 0.8其余 A-10 13 1.5 - - 0.5 0.5其余
[表13] 种别 配合组成(质量％) Co Ni ZrC TaC NbC MO2C WC TiCN 硬 质 基 体 ︵ 刀 片 ︶ B-1 13 5 - 10 - 10 16 其余 B-2 9 7 - 5 - 7.5 - 其余 B-3 6.5 - - - 2 6 10 其余 B-4 10 5.5 - - 8 - - 其余 B-5 9 4.5 1 - 5 10 10 其余 B-6 12 6 - - 6 9.5 14.5 其余
[表14] 种别 硬质 基体 符号 硬质包覆层 后隙面磨损宽度(mm) Y成分最高含有点 不含Y 成分点 两点间的 目标间隔 (μm)目标总体 层厚 (μm) 合金钢 的断续高 吃刀量 碳素钢 的断续 高送进 铸铁的 断续高 吃刀量 目标组成(原子比) Ti Y N本发明包覆超硬刀片 1 A-1 0.995 0.005 1.00 TiN 0.10 15 0.20 0.18 0.15 2 A-2 0.985 0.015 1.00 TiN 0.03 10 0.16 0.15 0.13 3 A-3 0.975 0.025 1.00 TiN 0.06 7 0.17 0.15 0.15 4 A-4 0.965 0.035 1.00 TiN 0.02 3 0.22 0.22 0.21 5 A-5 0.955 0.045 1.00 TiN 0.01 5 0.21 0.18 0.16 6 A-6 0.990 0.010 1.00 TiN 0.05 1 0.29 0.27 0.25 7 A-7 0.980 0.020 1.00 TiN 0.04 6 0.20 0.19 0.15 8 A-8 0.970 0.030 1.00 TiN 0.06 8 0.18 0.16 0.10 9 A-9 0.960 0.040 1.00 TiN 0.01 12 0.14 0.12 0.08 10 A-10 0.975 0.025 1.00 TiN 0.08 9 0.17 0.14 0.12 11 A-1 0.950 0.050 1.00 TiN 0.01 3 0.21 0.25 0.18 12 A-2 0.925 0.075 1.00 TiN 0.01 15 0.25 0.24 0.18 13 A-3 0.910 0.090 1.00 TiN 0.03 5 0.24 0.22 0.19 14 A-4 0.900 0.100 1.00 TiN 0.04 10 0.29 0.26 0.18
[表15] 种别 硬质 基体 符号 硬质包覆层 后隙面磨损宽度(mm) Y成分最高含有点 不含Y 成分点两点间的目标间隔 (μm)目标总体 层厚 (μm)合金钢的断续高吃刀量碳素钢的断续高送进铸铁的断续高吃刀量 目标组成(原子比) Ti Y N本发明包覆超硬刀片15 B-1 0.955 0.045 1.00 TiN 0.01 150.120.110.0816 B-2 0.990 0.010 1.00 TiN 0.03 110.190.180.1717 B-3 0.965 0.035 1.00 TiN 0.07 50.220.200.1918 B-4 0.995 0.005 1.00 TiN 0.02 130.190.170.1619 B-5 0.980 0.020 1.00 TiN 0.05 70.160.150.1220 B-6 0.970 0.030 1.00 TiN 0.10 90.150.140.10
[表16] 种别硬质基体符号 硬质包覆层 后隙面磨损宽度(mm) 目标组成(原子比)目标层厚 (μm)合金刚的继续高吃刀量碳素钢的继续高送进铸铁的断续高吃刀量 Ti Y N以往包覆超硬刀片1A-1 0.995 0.005 1.00 152.8分钟使用寿命3.0分钟使用寿命4.1分钟使用寿命2A-2 0.985 0.015 1.00 103.2分钟使用寿命3.3分钟使用寿命4.4分钟使用寿命3A-3 0.975 0.025 1.00 73.6分钟使用寿命3.5分钟使用寿命4.9分钟使用寿命4A-4 0.965 0.035 1.00 34.2分钟使用寿命4.5分钟使用寿命6.2分钟使用寿命5A-5 0.955 0.045 1.00 53.7分钟使用寿命4.0分钟使用寿命5.5分钟使用寿命6A-6 0.990 0.010 1.00 13.2分钟使用寿命3.5分钟使用寿命5.8分钟使用寿命7A-7 0.980 0.020 1.00 63.5分钟使用寿命3.9分钟使用寿命5.1分钟使用寿命8A-8 0.970 0.030 1.00 83.3分钟使用寿命3.6分钟使用寿命4.7分钟使用寿命9A-9 0.960 0.040 1.00 123.0分钟使用寿命3.3分钟使用寿命4.4分钟使用寿命10A-10 0.975 0.025 1.00 93.3分钟使用寿命3.5分钟使用寿命4.6分钟使用寿命11A-1 0.950 0.050 1.00 32.7分钟使用寿命3.8分钟使用寿命4.4分钟使用寿命12A-2 0.925 0.075 1.00 152.5分钟使用寿命3.6分钟使用寿命4.2分钟使用寿命13A-3 0.910 0.090 1.00 52.9分钟使用寿命3.4分钟使用寿命6.0分钟使用寿命14A-4 0.900 0.100 1.00 102.8分钟使用寿命3.7分钟使用寿命4.5分钟使用寿命
(表中、使用寿命是产生卷刃)
[表17]种别 硬质 基体 符号 硬质包覆层 后隙面磨损宽度(mm) 目标组成(原子比)目标层厚 (μm)含金刚的继续高吃刀量碳素钢的继续高送进铸铁的断续高吃刀量 Ti Y N以往包覆超硬刀片15 B-1 0.955 0.045 1.00 152.4分钟使用寿命2.5分钟使用寿命3.9分钟使用寿命16 B-2 0.990 0.010 1.00 113.6分钟使用寿命3.8分钟使用寿命4.7分钟使用寿命17 B-3 0.965 0.035 1.00 54.0分钟使用寿命4.1分钟使用寿命5.5分钟使用寿命18 B-4 0.995 0.005 1.00 133.8分钟使用寿命4.0分钟使用寿命5.3分钟使用寿命19 B-5 0.980 0.020 1.00 73.6分钟使用寿命3.6分钟使用寿命4.8分钟使用寿命20 B-6 0.970 0.030 1.00 93.4分钟使用寿命3.5分钟使用寿命4.8分钟使用寿命
(表中、使用寿命是产生卷刃)
(实施例5)
作为原料粉末，准备具有平均粒度：5.5μm的中粗粒WC粉末、具有平均粒度0.8μm的微粒WC粉末、具有平均粒径1.3μm的TaC粉末、具有平均粒度1.2μm的NbC粉末、具有平均粒度1.2μm的ZrC粉末、具有平均粒度2.3μm的Cr3C2粉末、具有平均粒度1.5 μm的VC粉末、具有平均粒度1.0μm的(Ti，W)C粉末，和具有平均粒度1.8μm的Co粉末，把这些原料粉末分别配合成表18中所示的配合组成，进而加上石蜡在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后，以100MPa的压力压制成形成规定形状的各种压粉体，把这些压粉体在6Pa的真空气氛中，以7℃/分的升温速度升温到1370～1470℃的范围内的规定的温度，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8mm、13mm和26mm的三种硬质基体形成用圆棒烧结体，进而从上述三种圆棒烧结体，用磨削加工，以表18中所示的组合，分别制造具有刀刃部的直径×长度分别为6mm×13mm、10mm×22mm和20mm×45mm的尺寸的硬质基体(端面铣刀)C-1～C-8。
接着，把这些硬质基体(端面铣刀)C-1～C-8在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样装入图1A、1B中所示的电弧离子镀装置，在与上述实施例4同一的条件下实施本发明法，汽相沉积有沿着层厚方向具有表19中所示的目标组成的Y成分最高含有点与不含Y成分点交互地同样以表19中所示的目标间隔重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构，而且同样表19中所示的目标总体层厚的硬质包覆层，借此分别制造具有在图4A中用概略透视图，在图4B中用概略纵断面图所表示的形状的作为本发明的包覆切削工具的本发明表面包覆超硬合金制端面铣刀(以下称为本发明包覆超硬端面铣刀)1～10。
此外，出于比较的目的，把上述硬质基体(端面铣刀)C-1～C-8在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样装入图2中所示的通常的电弧离子镀装置，在与上述实施例4同一的条件下实施以往法，汽相沉积具有表20中所示的目标组成和目标层厚，而且沿层厚方向实质上没有组成变化的(Ti，Y)N层组成的硬质包覆层，借此分别制造作为以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制端面铣刀(以下称为以往包覆超硬端面铣刀)1～10。
接着，针对上述本发明包覆超硬端面铣刀1～10和以往包覆超硬端面铣刀1～10当中的，本发明包覆超硬端面铣刀1、2、3、9、10和以往包覆超硬端面铣刀1、2、3、9、10，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·SKD11的板材，
切削速度：20m/min
槽深度(吃刀量)：1.5mm
工作台送进：50mm/分钟的条件下的工具钢的湿式高速切槽加工试验，针对本发明包覆超硬端面铣刀4～6和以往包覆超硬端面铣刀4～6，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·SUS304的板材，
切削速度：50m/min
槽深度(吃刀量)：10mm
工作台送进：290mm/分钟的条件下的不锈钢的湿式高吃刀量切槽加工试验，针对本发明包覆超硬端面铣刀7、8和以往包覆超硬端面铣刀7、8，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·SNCM439的板材，
切削速度：60m/min
槽深度(吃刀量)：5mm
工作台送进：450mm/分钟的条件下的合金钢的湿式高送进切槽加工试验(每个试验都使用水溶性切削油)，在每个切槽加工试验中都测定直到刀刃部分前端面的直径减少到使用寿命的大致目标的0.2mm的切槽长度。该测定结果分别示于表19、20。
[表18] 种别 配合组成(质量％)刀刃部的直径 ×长度(mm) Co(Ti，W)C T8C NbC ZrC Cr3C2 VCWC硬质基体︵端面铣刀︶ C-1 6 - - 0.5 - - -微粒：其余 6×13 C-2 8 - 1 0.5 - - -微粒：其余 6×13 C-3 10 - 1 - 1 0.5 0.5微粒：其余 6×13 C-4 6 - - - - 0.5 0.5微粒：其余 10×22 C-5 10 9 9 1 - - -中粗粒：其余 10×22 C-6 12 8 - 8 - - -中粗粒：其余 10×22 C-7 16 17 - 5 - - -中粗粒：其余 20×45 C-8 10 - - - - 0.7 -微粒：其余 20×45
[表19] 种别 硬质基体 符号 硬质包覆层 切槽长度 (m) Y成分最高含有点 不含Y 成分点 两点间的 目标间隔 (μm)目标总体 层厚 (μm) 目标组成(原子比) Ti Y N本发明包覆超硬端面铣刀 1 C-1 0.995 0.005 1.00 TiN 0.10 3.5 48 2 C-2 0.985 0.015 1.00 TiN 0.08 2 39 3 C-3 0.975 0.025 1.00 TiN 0.01 2.5 42 4 C-4 0.990 0.010 1.00 TiN 0.04 2 56 5 C-5 0.980 0.020 1.00 TiN 0.02 2 58 6 C-6 0.965 0.035 1.00 TiN 0.10 1 43 7 C-7 0.970 0.030 1.00 TiN 0.03 1.5 92 8 C-8 0.955 0.045 1.00 TiN 0.06 2.5 116 9 C-1 0.935 0.065 1.00 TiN 0.02 2 38 10 C-2 0.905 0.095 1.00 TiN 0.03 3 23
[表20] 种别 硬质基体 符号 硬质包覆层切槽长度(m) 目标组成(原子比) 目标层厚 (μm) Ti Y N以往包覆超硬端面铣刀1 C-1 0.995 0.005 1.00 3.510m使用寿命2 C-2 0.985 0.015 1.00 28m使用寿命3 C-3 0.975 0.025 1.00 2.59m使用寿命4 C-4 0.990 0.010 1.00 212m使用寿命5 C-5 0.980 0.020 1.00 213m使用寿命6 C-6 0.965 0.035 1.00 110m使用寿命7 C-7 0.970 0.030 1.00 1.521m使用寿命8 C-8 0.955 0.045 1.00 2.527m使用寿命9 C-1 0.935 0.065 1.00 29m使用寿命10 C-2 0.905 0.905 1.00 36m使用寿命
(实施例6)
用在上述实施例5中制造的直径8mm(硬质基体C-1～C-3形成用)、13mm(硬质基体C-4～C-6形成用)和26mm(硬质基体C-7、C-8形成用)的三种圆棒烧结体，进而从上述三种圆棒烧结体，用磨削加工，分别制造具有槽形成部的直径×长度分别为4mm×13mm(硬质基体D-1～D-3)、8mm×22mm(硬质基体D-4～D-6)和16mm×45mm(硬质基体D-7、D-8)的尺寸的硬质基体(钻头)D-1～D-8。
接着，在这些硬质基体(钻头)D-1～D-8的刀刃上施行珩磨，在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样装入图1A、1B中所示的电弧离子镀装置，在与上述实施例4同一的条件下实施本发明法，汽相沉积有沿着层厚方向具有表21中所示的目标组成的Y成分最高含有点与不含Y成分点交互地同样以表21中所示的目标间隔重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构，而且同样表21中所示的目标总体层厚的硬质包覆层，借此分别制造具有在图5A中用概略透视图，在图5B中用概略纵断面图所表示的形状的作为本发明的包覆切削工具的本发明表面包覆超硬合金制钻头(以下称为本发明包覆超硬钻头)1～10。
此外，出于比较的目的，在上述硬质基体(钻头)D-1～D-8的刀刃上施行珩磨，在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，同样装入图2中所示的通常的电弧离子镀装置，在与上述实施例4同一的条件下实施以往法，汽相沉积具有表22中所示的目标组成和目标层厚，而且沿层厚方向实质上没有组成变化的(Ti，Y)N层组成的硬质包覆层，借此分别制造作为以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制钻头(以下称为以往包覆超硬钻头)1～10。
接着，针对上述本发明包覆超硬钻头1～10和以往包覆超硬钻头1～10当中的，本发明包覆超硬钻头1、2、3、9、10和以往包覆超硬钻头1、2、3、9、10，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·SKD61(硬度：HRC53)的板材，
切削速度：20m/min
送进：0.3mm/rev的条件下的工具钢的湿式高送进开孔切削加工试验，针对本发明包覆超硬钻头4～6和以往包覆超硬钻头4～6，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·FCD450的板材，
切削速度：35m/min
送进：0.6mm/rev的条件下的球墨铸铁的湿式高送进开孔切削加工试验，针对本发明包覆超硬端面铣刀7、8和以往包覆超硬端面铣刀7、8，进行在
被切削件：平面尺寸：100mm×250mm，厚度：50mm的JIS·FC300的板材，
切削速度：65m/min
送进：0.9mm/rev的条件下的铸铁的湿式高送进开孔切削加工试验，在每个湿式开孔切削加工试验(使用水溶性切削油)中都测定直到前端刀刃面的后隙面的磨损幅度达到0.3mm的开孔加工数。该测定结果分别示于表21、22。
[表21] 种别 硬质基体 符号 硬质包覆层 开孔 加工数 (孔) Y成分最高含有点 不含Y 成分点 两点间的 目标间隔 (μm)目标总体 层厚 (μm) 目标组成(原子比) Ti Y N本发明包覆超硬钻头 1 D-1 0.975 0.025 1.00 TiN 0.04 10 625 2 D-2 0.985 0.015 1.00 TiN 0.10 6.5 584 3 D-3 0.990 0.010 1.00 TiN 0.03 8 603 4 D-4 0.965 0.035 1.00 TiN 0.06 5 1562 5 D-5 0.975 0.025 1.00 TiN 0.05 6 1515 6 D-6 0.995 0.005 1.00 TiN 0.01 7 1398 7 D-7 0.955 0.045 1.00 TiN 0.08 4 2167 8 D-8 0.980 0.020 1.00 TiN 0.02 5.5 2346 9 D-1 0.935 0.065 1.00 TiN 0.01 3 415 10 D-2 0.905 0.095 1.00 TiN 0.06 3 440
[表22] 种别硬质基体 符号 硬质包覆层开孔加工数(孔) 目标组成(原子比) 目标层厚 (μm) Ti Y N以往包覆超硬钻头 1 D-1 0.975 0.025 1.00 1083孔使用寿命 2 D-2 0.985 0.015 1.00 6.5153孔使用寿命 3 D-3 0.990 0.010 1.00 8120孔使用寿命 4 D-4 0.965 0.035 1.00 5391孔使用寿命 5 D-5 0.975 0.025 1.00 6378孔使用寿命 6 D-6 0.995 0.005 1.00 7351孔使用寿命 7 D-7 0.955 0.045 1.00 4572孔使用寿命 8 D-8 0.980 0.020 1.00 5.5543孔使用寿命 9 D-1 0.935 0.065 1.00 380孔使用寿命 10 D-2 0.905 0.095 1.00 3108孔使用寿命
(表中、使用寿命为卷刃原因)
用俄歇分光分析装置测定构成该结果所得到的作为本发明包覆切削工具的本发明包覆超硬刀片1～20，本发明包覆超硬端面铣刀1～10，和本发明包覆超硬钻头1～10的硬质包覆层中的Y成分最高含有点与不含Y成分点的组成，以及作为以往包覆切削工具的以往包覆超硬刀片1～20，以往包覆超硬端面铣刀1～10，和以往包覆超硬钻头1～10的硬质包覆层的组成时，表现出与各自目标组成实质上相同的组成。此外，用扫描型电子显微镜对这些本发明包覆切削工具的硬质包覆层中的Y成分最高含有点与不含Y成分点间的间隔，和这些的总体层厚，以及以往包覆切削工具的硬质包覆层的厚度进行断面测定时，全都表现出与目标值实质上相同的值。
根据表14～22中所示的结果，硬质包覆层具有沿厚度方向具有高温硬度与耐热性的Y成分最高含有点与具有高强度与高韧性的不含Y成分点交互地以规定间隔重复存在，而且从上述Y成分最高含有点到上述不含Y成分点、从上述不含Y成分点到上述Y成分最高含有点，Y成分含量连续变化的成分浓度分布结构的本发明包覆切削工具，全都即使以伴随高的机械冲击的高吃刀量或高送进等重型切削条件进行各种钢或铸铁的断续切削加工，硬质包覆层也发挥出优异的耐卷刃性，与此相反在硬质包覆层沿层厚方向实质上没有组成变化的(Ti，Y)N层组成的以往包覆切削工具中，虽然上述硬质包覆层具有优异的高温硬度与耐热性，但是因为强度和韧性差，所以发生卷刃，因此在比较短时间内就达到使用寿命是明显的。
如上所述，因为不用说通常条件下的切削加工，特别是即使在伴随高的机械冲击的高吃刀量或高速送进等重型切削条件下进行各种的钢或铸铁等的断续切削加工的场合，也发挥出优异的耐卷刃性，长期表现出优异的耐磨性，所以可以充分满足地适应于切削加工装置的省力化和省能量化，进而低成本化。