申请/专利权人:住友电工硬质合金株式会社
申请日:2013-11-11
公开(公告)日:2021-02-23
公开(公告)号:CN107761073B
主分类号:C23C16/34(20060101)
分类号:C23C16/34(20060101);C23C16/40(20060101);C23C16/56(20060101);C23C28/00(20060101);C23C28/04(20060101)
优先权:["20121228 JP 2012-287499"]
专利状态码:有效-授权
法律状态:2021.02.23#授权;2018.03.30#实质审查的生效;2018.03.06#公开
摘要:本发明提供了一种具有改善的稳定性和更长的使用寿命的表面被覆部件。该表面被覆部件包括基体以及在其表面上形成的硬质覆膜。该硬质覆膜由至少一层形成,并且所述层中的至少一层包含硬质颗粒,所述硬质颗粒包括第一单元层和第二单元层交替层叠的多层结构。第一单元层包含第一化合物,其包含选自在日本使用的元素周期表中的第四族元素、第五族元素、第六族元素和Al构成的组中的至少一种元素,以及选自B、C、N和O构成的组中的至少一种元素。第二单元层包含第二化合物,其包含选自在日本使用的元素周期表中的第四族元素、第五族元素、第六族元素和Al构成的组中的至少一种元素,以及选自B、C、N和O构成的组中的至少一种元素。
主权项:1.一种表面被覆部件,包括基体部件以及在其表面上形成的硬质覆膜,所述硬质覆膜由一层或者多层构成,所述层中的至少一层为包含硬质颗粒的层,其中所述包含硬质颗粒的层是通过CVD方法制造的,所述硬质颗粒包括具有交替层叠的第一单元层和第二单元层的多层结构,所述第一单元层包含第一化合物,所述第一化合物由具有fcc晶体结构的TiN形成,所述第二单元层包含第二化合物,所述第二化合物由具有fcc晶体结构的AlN形成,其中,层周期的厚度为大于或等于0.5nm且小于或等于20nm,所述层周期的厚度由从所述第一单元层的一个第一单元层穿过与所述一个第一单元层相邻的所述第二单元层而到达另一个相邻的第一单元层的距离来表示,其中,所述表面被覆部件包括位于所述第一单元层和所述第二单元层之间的中间层,并且所述中间层的组成在其厚度方向上由所述第一化合物的组成向所述第二化合物的组成连续变化。
全文数据:表面被覆部件及其制造方法[0001]本申请是申请日为2013年11月11日、申请号为201380068256.X、发明名称为“表面被覆部件及其制造方法”的申请的分案申请。技术领域[0002]本发明涉及一种包括基体部件和在其表面上形成的硬质覆膜的表面被覆部件,以及其制造方法。背景技术[0003]作为最近的技术趋势,出于减少对地球环境的负荷和高效地利用资源的目的,生产更薄且更短的切削工具用表面被覆部件是主流做法。因此,提供具有更高强度和更高硬度的表面被覆部件用金属材料正在进行,以保证表面被覆部件的使用寿命并且维持其可靠性。另一方面,在金属加工现场,已经强烈地要求实现加工部件精确度的提高以及加工成本的降低,以与新兴国家竞争。另外,随着机械工具性能的提高,人们愈加期望表面被覆部件进行更为高速的加工。在高速加工中,由于表面被覆部件的切削刃暴露于高温高压环境中,因此将来将会要求即使在恶劣条件下也能具有更长使用寿命的表面被覆部件。[0004]例如,日本专利特开平No.7-205362专利文献1公开一种覆盖于表面被覆部件中的基体部件的表面上的硬质覆膜。在所述硬质覆膜中,其组成以0.4nm至50nm的周期在选自日本元素周期表第4、5、6族元素、Al和Si中的两种或多种元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或者硼化物中连续地变化。上述硬质覆膜通过PVD物理气相沉积方法形成。具体地,使用Ti固体、Al固体和N2气体,通过使由真空放电产生的Ti离子和Al离子以及N2气体与加热至500°C的基体部件接触,从而在基体材料表面上连续形成TiN层和AlN层。由于通过这个方法形成的硬质覆膜在结构中具有大的变形,因此具有该硬质覆膜的表面被覆部件可以具有优异的耐磨性和韧性。[0005]此外,例如日本专利公布No.2008-545063专利文献2公开一种具有Ti1-XAlxN覆膜的部件作为表面被覆部件。该TihAlxN覆膜具有由NaCl立方晶体结构构成的单层结构,该NaCl立方晶体结构的化学计量系数为0.75[0106]对于在下表5中描述的实施例和比较例的切削工具使用了形状为CNMG120408NUX的基体部件),测量在如下切削条件下获得0.20mm的后刀面磨损量Vb所花费的加工时间,并且观察切削刃的最终损伤形态。其结果示于表5中。结果表明,加工时间越长时,耐磨损性优异。此外,其表明,最终损伤形态越接近正常磨损时,抗熔焊性优越。[0107]〈切削条件〉[0108]加工材料:SUS316圆棒外周切削[0109]周速:200m分钟[0110]进给速度:0·15mmrev[0111]切削量:1.Omm[0112]切削液:有[0113][表5][0114]"[0115]~~从表5中可明显看出,与比较例的切削工具相比,根据本发明的实施例中的切削工^具具有优异的耐磨性和抗熔焊性,并且具有改善的稳定性和更长的使用寿命。需要注意的是,在表5的最终损伤状态中,〃正常磨损〃表示损伤形态仅由磨损构成,而并未发生崩裂或者缺损具有光滑的磨损面),〃碎裂〃表示在切削刃上发生了大的缺损。[0116]〈切削试验2[0117]对于在下表6中描述的实施例和比较例的切削工具使用了形状为CNMG120408NUX的基体部件),测量在如下切削条件下获得0.20mm的后刀面磨损量Vb所花费的加工时间,并且观察切削刃的最终损伤形态。其结果示于表6中。结果表明,加工时间越长时,耐磨损性优异。此外,其表明,最终损伤形态越接近正常磨损时,抗熔焊性优越。[0118][0128]对于在下表7中描述的实施例和比较例的切削工具使用了形状为CNMG120408NUX的基体部件),测量在如下切削条件下直至工具切削刃发生碎裂或崩裂时所花费的加工时间分钟)。其结果在表7中示出。其表明加工时间越长,则耐疲劳韧性优越。[0129]〈切削条件〉[0130]加工材料:SCM435凹槽材料[0131]切削速度:200m分钟[0132]进给速度:0.3mms[0133]切削量:1.Omm[0134]切削液:有[0135][表7][0137]从表7中可明显看出,与具有通过常规CVD方法形成的硬质覆膜的切削工具相比,根据本发明的实施例的切削工具具有优异的耐疲劳韧性,因此具有改善的稳定性和更长的使用寿命。[0138]〈切削试验4[0139]对于在下表8中描述的实施例和比较例的切削工具使用了形状为ET13T3AGSN-G的基体部件),测量在如下切削条件下获得0.20mm的切削磨损量或者后刀面磨损量Vb时的路径数和切削距离,并且观察切削刃的最终损伤形态。其结果在表8中示出。其表明路径数越大切削距离越长),则耐磨损性优越。此外,其表明最终损伤形态越接近正常磨损时,抗冲击性优越。[0140]应该注意的是,通过如下方式获得路径数:使用具有一个切削工具切削刃替换型切削刀片)的刀具由如下加工材料形状:300mmxlOOmmX80mm的块状)的一侧表面表面为300mmX80mm的一端至另一端重复地进行旋转切削,并且得到重复频率路径数的数值中带有小数点表明在由一端至另一端的途中得到了上述条件)。所述切削距离表示在达到上述条件之前切削材料被切削的总距离,其相当于路径数与上述侧表面的模长(dielength300mm的乘积。[0141]〈切削条件〉[0142]加工材料:FC250块体材料[0143]周速:300m分钟[0144]进给速度:0.3mms[0145]切削量:2.Omm[0146]切削液:有[0147]刀具:WGC4160R由住友电工硬质合金部门制造)[0148][表8][0149][0150]从表8中可清楚地看出,与比较例的切削工具相比,根据本发明的实施例的切削工具具有优异的耐磨性,因此具有改善的稳定性和更长的使用寿命。需要注意的是,在表8的最终损伤状态中,〃正常磨损〃表示损伤形态仅由磨损构成,而并未发生崩裂或者缺损具有光滑的磨损面)。[0151]〈切削试验5[0152]对于在下表9中描述的实施例和比较例的切削工具使用了形状为SEET13T3AGSN-G的基体部件),测量在如下切削条件下获得0.20mm的切削磨损量或者后刀面磨损量Vb时的路径数和切削距离,并且观察切削刃的最终损伤形态。其结果在表9中示出。其表明路径数越大换言之,切削距离越长),则耐磨损性优越。此外,其表明最终损伤形态越接近正常磨损时,抗冲击性优越。[0153]〈切削条件〉[0154]加工材料:SUS304块体材料[0155]周速:160m分钟[0156]进给速度:0.3mms[0157]切削量:2.Omm[0158]切削液:无[0159]刀具:WGC4160R由住友电工硬质合金部门制造)[0160][表9][0161][0162]从表9中可清楚地看出,与比较例的切削工具相比,根据本发明的实施例的切削工具具有优异的耐磨性和抗冲击性,并且具有改善的稳定性和更长的使用寿命。需要注意的是,在表9的最终损伤状态中,〃正常磨损〃表示损伤形态仅由磨损构成,而并未发生崩裂或者缺损,并且“崩裂”表示在切削刃部分发生了小的缺损。[0163]如上所述,对本发明的实施方案和实施例进行了说明。然而从开始就意图可适当组合上述各实施方案和实施例。[0164]应当理解的是,本文所公开的实施方案和实施例在每个方面都是示例性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求书的权项、而不是上文的说明来限定,并且意图包括在与权利要求书的权项等同的范围和含义内的任何修改。[0165]参考符号列表[0166]ICVD装置;2基体部件;3基体部件组装治具;4反应容器;5温度调节装置;6、7导入口;8导入管;9排气管;10排气口。
权利要求:1.一种表面被覆部件,包括基体部件以及在其表面上形成的硬质覆膜,所述硬质覆膜由一层或者多层构成,所述层中的至少一层为包含硬质颗粒的层,其中所述包含硬质颗粒的层是通过CVD方法制造的,所述硬质颗粒包括具有交替层叠的第一单元层和第二单元层的多层结构,所述第一单元层包含第一化合物,所述第一化合物由选自在日本使用的元素周期表中的第四族元素、第五族元素、第六族元素和Al构成的组中的一种或多种元素与选自B、C、N和〇构成的组中的一种或多种元素形成,所述第二单元层包含第二化合物,所述第二化合物由选自在日本使用的元素周期表中的第四族元素、第五族元素、第六族元素和Al构成的组中的一种或多种元素与选自B、C、N和〇构成的组中的一种或多种元素形成,其中,层周期的厚度为大于或等于〇.5nm且小于或等于20nm,所述层周期的厚度由从所述第一单元层的一个第一单元层穿过与所述一个第一单元层相邻的所述第二单元层而到达另一个相邻的第一单元层的距离来表示。2.根据权利要求1所述的表面被覆部件,其中所述表面被覆部件包括位于所述第一单元层和所述第二单元层之间的中间层,并且所述中间层的组成在其厚度方向上由所述第一化合物的组成向所述第二化合物的组成连续变化。3.根据权利要求1或者2所述的表面被覆部件,其中包含所述硬质颗粒的所述层在所述硬质颗粒的粒界处包括粒界层,所述粒界层包含所述第一化合物或者所述第二化合物。4.一种制造根据权利要求1至3中任意一项所述的表面被覆部件的方法,所述表面被覆部件包括基体部件和硬质覆膜,所述硬质覆膜形成在所述基体部件的表面上并且由一层或者多层构成,所述方法包括:通过CVD方法形成所述层中的至少一层的CVD步骤,所述CVD步骤包括:将混合气体喷射至所述基体部件的表面的喷射步骤,其中所述混合气体包含选自在日本使用的元素周期表中的第四族元素、第五族元素、第六族元素和Al构成的组中的两种或多种元素以及选自B、C、N和O构成的组中的一种或多种元素;以及在所述喷射步骤后冷却所述基体部件的冷却步骤。5.根据权利要求4所述的制造表面被覆部件的方法,其中,在所述冷却步骤中以大于或者等于7°C分钟的速度冷却所述基体部件。
百度查询: 住友电工硬质合金株式会社 表面被覆部件及其制造方法
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