[0001] 本发明涉及一种被覆设置在切削工具的表面上的切削工具用硬质被膜及设置了该硬质被膜的硬质被膜被覆切削工具，特别是涉及用于使耐磨性及耐熔敷性都得到提高的改良。

[0002] 在钻头、螺丝攻等切削工具上，为了使耐磨性提高而被覆设置硬质被膜。作为此切削工具用硬质被膜，广泛使用TiN系、TiCN系、TiAlN系及AlCrN系的涂层，为了进一步使其性能提高，不断地在谋求改良。例如，记载于专利文献1的耐磨性构件就是如此。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1:日本特开2005-138209号公报

[0006] 发明所要解决的课题

[0007] 然而，在根据上述那样的现有技术形成了硬质被膜的切削工具，当进行其切削加工时，根据被切削材料的种类、切削条件，存在耐熔敷性变得不充分的危险。即,有时因为被切削材料等的熔敷，工具的寿命变短，存在改良的余地。因此，要求开发优越的耐磨性及耐熔敷性兼备的切削工具用硬质被膜及硬质被膜被覆切削工具。

[0008] 本发明就是将以上的情况作为背景作出的，其目的在于提供一种优越的耐磨性及耐熔敷性兼备的切削工具用硬质被膜及硬质被膜被覆切削工具。

[0009] 用于解决课题的技术手段

[0010] 为了达到该目的，本发明第1发明的要旨在于，是一种切削工具用硬质被膜，该切削工具用硬质被膜被覆设置在切削工具的表面上；该切削工具用硬质被膜的特征在于：具备硬质相和结合相，具有上述硬质相和上述结合相被三维地配置的复合构造；该硬质相是包含IVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al及Si中的至少1种元素的氮化物相、氧化物相、碳化物相、碳氮化物相或硼化物相；该结合相是包含Au、Ag及Cu中的至少1种元素的相。

[0011] 发明的效果

[0012] 这样，根据上述第1发明，具备硬质相和结合相，具有上述硬质相和上述结合相被三维地配置的复合构造；该硬质相，是包含IVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al及Si中的至少1种元素的氮化物相、氧化物相、碳化物相、碳氮化物相或硼化物相；该结合相，是包含Au、Ag及Cu中的至少1种元素的相。所以，通过获得上述硬质相由Au、Ag或Cu结合的构造，能够使摩擦系数及切削阻力减轻，获得润滑性及耐熔敷性优越并且高硬度的被膜。即,能够提供一种优越的耐磨性及耐熔敷性兼备的切削工具用硬质被膜。

[0013] 从属于上述第1发明的本发明第2发明的要旨在于，构成上述硬质相的颗粒的平均粒径在1nm至100nm的范围内。如果这样做，通过获得纳米级的上述硬质相由Au、Ag或Cu结合的所谓纳米复合材料构造，能够进一步使摩擦系数及切削阻力减轻，获得润滑性及耐熔敷性优越并且高硬度的被膜。

[0014] 从属于上述第1发明至第2发明的本发明第3发明的要旨在于，是在表面上被覆设置上述第1发明至第2发明的切削工具用硬质被膜的硬质被膜被覆切削工具。如果这样做，则通过获得上述硬质相由Au、Ag或Cu结合的构造，能够使摩擦系数及切削阻力减轻，获得润滑性及耐熔敷性优越并且高硬度的被膜。即,能够提供一种优越的耐磨性及耐熔敷性兼备的硬质被膜被覆切削工具。附图说明

[0015] 图1是从与轴心垂直的方向观看的作为本发明的硬质被膜被覆切削工具的一实施例的钻头的正面图。

[0016] 图2是从设置切削刃的前端侧观看图1所示钻头的放大仰视图。

[0017] 图3是图1的钻头的主体的表面附近的放大剖视图，是例示作为本发明的切削工具用硬质被膜的一实施例的硬质被膜的构成的图。

[0018] 图4是示意地表示图3的硬质被膜的构造的图。

[0019] 图5是说明图3的硬质被膜的涂镀方法的一例的图。

[0020] 图6是合并表示在本发明者等为了验证本发明的效果而进行的钻孔试验中使用的各试样的被膜构造及各自的试验结果的图。

[0021] 本发明的切削工具用硬质被膜，除了立铣刀、钻头、平面铣刀、成形铣刀、铰刀、螺丝攻等旋转切削工具外，还可较好地应用于车刀等非旋转式的切削工具等各种各样的切削工具的表面涂层。作为工具基材即设置硬质被膜的构件的材质，虽然可以较好地使用超硬合金、高速工具钢，但也可以是其它的材料，例如在由金属陶瓷、陶瓷、多晶金刚石、单晶金刚石、多晶CBN、单晶CBN等各种各样的材料构成的切削工具广泛应用本发明的切削工具用硬质被膜。

[0022] 本发明的切削工具用硬质被膜，是被覆设置在切削工具的一部分或全部的表面上的硬质被膜，最好在该切削工具上设置于与切削加工相关的刃部。如以被覆至少其刃部的切削刃至前刃面的方式设置则更理想。

[0023] 上述硬质相，由包含IVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al及Si中的至少1种元素的氮化物、氧化物、碳化物、碳氮化物或硼化物或它们的相互固溶体构成。具体地说，是由TiN、TiAlN、TiAlCrVSiB、ZrVO、HfCrCN、NbN、CrN、MoSiC、AlN、SiN等构成的相。

[0024] 本发明的切削工具用硬质被膜，虽然可由例如电弧离子镀法、离子束沉积法、溅镀法、PLD(Pulse Laser Deposition；脉冲激光沉积)法、IBAD(Ion Beam Assisted Deposition；离子束辅助沉积)法等PVD法较好地设置，但也可采用电镀法、液体急冷法、气体凝集法等其它的成膜法。

[0025] 实施例

[0026] 下面，根据附图详细地说明本发明的优选的实施例。关于在以下的说明中使用的图，各部分的尺寸比等未必正确地描绘。

[0027] 图1是表示作为本发明的硬质被膜被覆切削工具的一实施例的钻头10的图，是从与轴心O垂直的方向观看的正面图。图2是从设置切削刃12的前端侧(即朝由箭头II所示的方向)观看图1所示钻头10的放大仰视图。这些图1及图2所示本实施例的钻头10是2片刃的螺旋钻头，在轴心O方向一体地具备柄部14及主体16。在该主体16上，形成绕轴心O右旋地螺旋的一对槽18。在上述主体16的前端，与上述一对槽18对应地设置一对切削刃12，通过上述钻头10从上述柄部14那一侧观看绕轴心O右旋地旋转驱动，由上述切削刃12在被切削材料上切削加工孔，并且，以对该孔进行切削加工时产生的切屑通过上述槽18向柄部14那一侧排出的方式构成。

[0028] 图3是上述钻头10的主体16的表面附近的放大剖视图，是例示作为本发明的切削工具用硬质被膜的一实施例的硬质被膜22的构成的图。图4是示意地表示由TEM(Transmission Electron Microscope；透射电子显微镜)摄影获得的上述硬质被膜22的构造的图。上述钻头10，如图3所示，是在例如高速工具钢(高速钢)制的工具基材(工具母材)20的表面上涂镀上述硬质被膜22构成的钻头。此硬质被膜22的膜厚，最好是2.5～6.0μm左右。如图4所示，上述硬质被膜22具有构成硬质相24的多个颗粒(粒状组成部分)由设置在其间隙中的结合相26相互地结合的构造。在此图4中，虽然例示平面的显微镜照片，但上述硬质被膜22采用在其平面方向(与表面平行的方向)及厚度方向(与表面垂直的方向)都如图4所示那样上述硬质相24与上述结合相26相互地结合的构造。即,上述硬质被膜22具有上述硬质相24和上述结合相26被三维地(立体地)配置的复合构造。

[0029] 上述结合相26，是由包含不可避的杂质的Au、Ag或Cu或它们的相互固溶体构成的相。上述硬质相24，是包含IVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al及Si中的至少1种元素的氮化物、氧化物、碳化物、碳氮化物或硼化物或它们的相互固溶体，包含不可避的杂质。即,上述硬质相24，具体地说，是由TiN、TiAlN、TiAlCrVSiB、ZrVO、HfCrCN、NbN、CrN、MoSiC、AlN、SiN等构成的相(分散相)。最好构成上述硬质相24的颗粒的平均粒径是在1nm至100nm的范围内。构成此硬质相24的颗粒的平均粒径，例如在图4所示那样的显微镜照片等中，关于随机抽取的构成上述硬质相24的多个颗粒(粒状组成部分)，基于与各颗粒的直径尺寸相当的长径、短径或长径及短径的平均值算出。例如，抽取的这些多个颗粒的直径尺寸的平均值，被作为上述平均粒径算出。换言之，上述硬质被膜22，是具有纳米复合材料(nanocomposite)构造的硬质被膜，该纳米复合材料在作为基体的上述结合相26内分散(扩散)地配置被颗粒化成1nm至100nm的范围内的大小的上述硬质相24。即,是由纳米组织金属构成的硬质被膜，该纳米组织金属由多相的纳米晶体构成。

[0030] 图5是说明上述硬质被膜22的涂镀方法的一例的图。上述硬质被膜22相对于上述钻头10等的涂镀，使用例如图5所示那样的溅镀装置30，通过控制器36的控制进行。最好首先在作为前处理的腐蚀工序中，由偏压电源34在配置在上述溅镀装置30的腔室32内+的上述工具基材20上施加负的偏压。由此，正的氩离子Ar 与上述工具基材20冲撞，该工具基材20的表面被粗面化。

[0031] 接着，在溅镀工序中，进行例如上述硬质被膜22中的硬质相24的形成。例如，通过由电源40在构成上述硬质相24的Si等的靶材38上施加负的一定的偏压(例如-50～-60V左右)，并且，由上述偏压电源34在工具基材20施加负的一定的偏压(例如-100V左右)，+氩离子Ar 与上述靶材38冲撞，由此，Si等构成物质被轰出。在上述腔室32内，除了氩气外，还以规定的流量导入氮气(N2)、碳氢化合物气体(CH4、C2H2)的反应气体，其氮原子N、碳原子C与从上述靶材38轰出的Si等结合，成为SiN等，作为上述硬质被膜22中的硬质相
24等附着在上述工具基材20的表面上。通过交替地进行这样的处理和将构成上述结合相
26的Ag等作为靶材38的上述溅镀工序的处理，在上述工具基材20的表面上形成具有图4所示那样的组织的上述硬质被膜22。或者，也可通过分别与上述硬质相24及上述结合层
26对应地构成靶材，使用这些多个靶材同步地进行溅镀，在上述工具基材20的表面上形成上述硬质被膜22。

[0032] 此外，作为上述硬质被膜22相对于上述工具基材20的表面的形成方法，例如可以较好地应用人们所熟知的电镀法(电镀技术)、液体急冷法、气体凝集法等。该液体急冷法，使构成上述硬质被膜22的金属熔化，获得熔融合金，通过使熔融合金以比晶体的核生成发生的速度更快的速度急速冷却，获得非晶合金。该气体凝集法，在He气体中使构成上述硬质被膜22的金属蒸发，然后使其凝集形成纳米颗粒，使该纳米颗粒堆积在利用液体氮等冷却了的基板上，再使从该基板上扒取的纳米微粉末固化。

[0033] 接下来，说明本发明者等为了验证本发明的效果而进行的钻孔试验。图6是合并表示用于此试验的本发明品及试验品的被膜构造和各自的试验结果(加工孔数及判定)的图。本发明者等在工具直径 的超硬钻头上涂镀图6所示各被膜构造及膜厚的硬质被膜，制作作为试样的本发明品1～10及试验品1～9，对于各试验品在以下的切削条件下进行了切削试验。此图6所示试样中的本发明品1～10与应用了本实施例的硬质被膜22的本发明品相当，试验品1～9与应用了不满足本发明的必要条件的(从权利要求1至2的必要条件脱离的)硬质被膜的非发明品相当。图6中的硬质相粒径，是在各试样的被膜的显微镜照片等中随机抽取的多个硬质相构成颗粒的直径尺寸的平均值。图6所示加工孔数，是侧面磨损宽度0.2mm时的孔数，合格判定基准是侧面磨损宽度0.2mm时的加工孔数在20孔以上。

[0034] [加工条件]

[0035] ·工具形状: 超硬钻头

[0036] ·被切削材料:因科镍合金(注册商标)718

[0037] ·切削机械:立型M/C

[0038] ·切削速度:10m/min

[0039] ·进给速度:0.1mm/rev

[0040] ·加工深度:33mm(尽头)

[0041] ·台阶量:无台阶

[0042] ·切削油:油性

[0043] 如图6所示，上述本发明品1～10，都具备硬质相24和结合相26，具有上述硬质相24和上述结合相26被三维地配置的复合构造。硬质相24，是包含IVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al及Si中的至少1种元素的氮化物相、氧化物相、碳化物相、碳氮化物相或硼化物相。结合相26，是包含Au、Ag及Cu中的至少1种元素的相。并且，构成上述硬质相24的颗粒的平均粒径处在1nm至100nm的范围内。即,上述本发明品1～10，都应用了满足本发明的权利要求1及2的必要条件的硬质被膜22。如从图6所示试验结果可以得知的那样，在应用了这样的本实施例的硬质被膜22的本发明品1～10中，不论是哪个试样，侧面磨损宽度0.2mm时的加工孔数都在20孔以上，满足合格基准。

[0044] 可以得知，特别是在具备由SiN构成的硬质相24和由Ag构成的结合相26并且硬质相24的平均粒径是22.7nm、膜厚是4.1μm的本发明品2，加工孔数是41，在具备由MoSiC构成的硬质相24和由Ag及Au构成的结合相26并且硬质相24的平均粒径是94.6nm、膜厚是5.1μm的本发明品9，加工孔数是38，在具备由CrN构成的硬质相24和由Au构成的结合相26并且硬质相24的平均粒径是1.0nm、膜厚是2.6μm的本发明品1，加工孔数是36，在具备由TiN构成的硬质相24和由Au及Cu构成的结合相26并且硬质相24的平均粒径是100.0nm、膜厚是5.8μm的本发明品4，加工孔数是33，在具备由TiAlCrVSiB构成的硬质相
24和由Ag、Cu及Au构成的结合相26并且硬质相24的平均粒径是66.9nm、膜厚是3.5μm的本发明品7，加工孔数是31，不论是哪一个，侧面磨损宽度0.2mm时的加工孔数都在30孔以上，表现出特别良好的切削性能。

[0045] 上述试验品1～7，尽管都具备硬质相24和结合相26，硬质相24是包含IVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al及Si中的至少1种元素的氮化物相、氧化物相、碳化物相、碳氮化物相或硼化物相，结合相26是包含Au、Ag及Cu中的至少1种元素的相，但构成上述硬质相24的颗粒的平均粒径脱离1nm至100nm的范围，都不满足本发明的权利要求2的必要条件。即,在上述试验品1、4、6、7，构成上述硬质相24的颗粒的平均粒径不足1nm，比较小，在上述试验品2、3、5，构成上述硬质相24的颗粒的平均粒径比100nm大。在这样地构成上述硬质相24的颗粒的平均粒径脱离1nm至100nm的范围的硬质被膜，不能获得上述硬质相24被分散(扩散)地配置在上述结合相26内的优选的纳米复合材料构造，换言之，没有上述硬质相24和上述结合相26被三维地配置的复合构造。即,上述试验品1～7都不满足本发明的权利要求1的必要条件。上述试验品8、9，都没有作为包含Au、Ag及Cu中的至少1种元素的相的上述结合相26，不满足本发明的权利要求1的必要条件。如从图6所示试验结果可以得知的那样，在这些试验品1～9，侧面磨损宽度0.2mm时的加工孔数都不足20，与上述本发明品1～10相比切削性能变差。这可以认为是因为，在不满足本发明的权利要求1至2的必要条件的硬质被膜，耐熔敷性不充分，熔敷、剥离等导致寿命提前。

[0046] 这样根据本实施例，因为具备硬质相24和结合相26，具有上述硬质相24和上述结合相26被三维地配置的复合构造，硬质相24是包含IVa族元素、Va族元素、VIa族元素、Al及Si中的至少1种元素的氮化物相、氧化物相、碳化物相、碳氮化物相或硼化物相，结合相26是包含Au、Ag及Cu中的至少1种元素的相，所以，通过获得上述硬质相24由Au、Ag或Cu结合的构造，能够使摩擦系数及切削阻力减轻，能够获得润滑性及耐熔敷性优越并且高硬度的被膜。即,能够提供优越的耐磨性及耐熔敷性兼备的切削工具用硬质被膜22。

[0047] 因为构成上述硬质相24的颗粒的平均粒径处在1nm至100nm的范围内，所以，通过获得纳米级的上述硬质相24由Au、Ag或Cu结合的所谓纳米复合材料构造，能够使摩擦系数及切削阻力进一步减轻，获得润滑性及耐熔敷性优越并且高硬度的硬质被膜22。

[0048] 根据本实施例，因为是上述硬质被膜22被覆设置在表面上的作为硬质被膜被覆切削工具的钻头10，所以，通过获得上述硬质相24由Au、Ag或Cu结合的构造，能够使摩擦系数及切削阻力减轻，获得润滑性及耐熔敷性优越并且高硬度的被膜。即,能够提供优越的耐磨性及耐熔敷性兼备的钻头10。

[0049] 以上，根据附图详细地说明了本发明的优选的实施例，但本发明不限于此，在不脱离其宗旨的范围内能够施加各种各样的变更进行实施。

[0050] 附图标记说明：

[0051] 10:钻头(硬质被膜被覆切削工具)、12:切削刃、14:柄部、16:主体、18:槽、20:工具基材、22:硬质被膜(切削工具用硬质被膜)、24:硬质相、26:结合相、30:溅镀装置、
32:腔室、34:偏压电源、36:控制器、38:靶材、40:电源。