复合烧结体和表面被覆氮化硼烧结体工具的制作方法

本发明涉及包含立方氮化硼颗粒和结合剂颗粒的复合烧结体，以及表面被覆氮化硼烧结体工具，该表面被覆氮化硼烧结体工具至少在切削刃部分包括复合烧结体和设置在该复合烧结体的表面上的覆层。

背景技术：

由于立方氮化硼(其在下文中可称为“cBN”)为仅次于金刚石的硬度最高的物质，因此它被用于各种切削工具等。通常这种cBN与结合剂共同用作复合烧结体，而不是单独使用。

最近，根据切削工具的应用使得加工材料和切削条件多样化，这对于使用cBN的切削工具提出了高的要求水平。特别地，期望提高耐磨性和抗断裂性。

例如，日本专利特开No.2007-144615(专利文献1)公开了一种具有优异的抗崩裂性和抗切削刃断裂性的cBN切削工具刀头，并且公开了在该刀头中所含的结合剂的组成显示出TiC_1-xN_x的较宽的组成范围。WO2010/119962(专利文献2)公开了一种复合烧结体，其能在不降低耐磨性的同时提高抗断裂性和韧性，并且也公开了该复合烧结体中所含的结合剂包含氮化钛和碳氮化钛。

引用列表

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开No.2007-144615

专利文献2：WO2010/119962

技术实现要素：

技术问题

事实证明，当加工淬硬钢时，即使使用专利文献1中所公开的cBN切削工具刀头或使用包括专利文献2中所公开的复合烧结体的切削工具，但是在对应于磨损部分的一端的副切削刃的边界部分仍会发生边界磨损。当使用已发生边界磨损的刀具进行加工时，工件的加工面(完工表面)的表面粗糙度会恶化，从而导致加工精度降低。

因此，鉴于以上情况，本发明的目的在于提供在淬硬钢等的加工中也能提高加工精度的复合烧结体，并且本发明的另一目的在于提供包括这样的复合烧结体的表面被覆氮化硼烧结体工具。

问题的解决方案

根据本发明的一个实施方案的复合烧结体包含立方氮化硼颗粒和结合剂颗粒。复合烧结体包含40体积％以上80体积％以下的立方氮化硼颗粒。结合剂颗粒包含TiCN颗粒。在使用Cu-Kα射线作为射线源所测得的X射线衍射光谱中，所述复合烧结体在布拉格角2θ为41.7°以上42.6°以下的范围内示出了属于所述TiCN颗粒的(200)面的第一峰。假定所述X射线衍射光谱中的横轴x表示布拉格角2θ，所述X射线衍射光谱中的纵轴y表示衍射强度，并且将所述第一峰的峰高的最大值定义为I_max，则在直线y＝I_max/2和所述第一峰的两个以上的交点处测得的布拉格角2θ的最大值和最小值之差为0.4°以下。

本发明的有益效果

根据上述说明，在淬硬钢的加工等中也可以提高加工精度。

附图说明

图1为示出在复合烧结体的X射线衍射光谱中出现的第一峰的形状的一个例子的示意图。

图2为示出在复合烧结体的X射线衍射光谱中出现的第一峰的形状的一个例子的示意图。

图3为示出在复合烧结体的X射线衍射光谱中出现的第一峰的形状的一个例子的示意图。

图4为示出在复合烧结体的X射线衍射光谱中出现的第一峰的形状的一个例子的示意图。

图5为示出制造根据本发明的一个实施方案的复合烧结体的方法的流程图。

图6为示出制造常规复合烧结体的方法的流程图。

具体实施方式

据认为，当使用TiC作为结合剂时，工具的耐磨性提高，而当使用TiN作为结合剂时，工具的耐断裂性提高。因此，可以预期，当使用TiC和TiN作为结合剂的原料来制造复合烧结体，并使用该复合烧结体来制造工具时，工具的耐磨性和耐断裂性得以提高。

然而，事实证明，当使用TiC和TiN作为复合烧结体的结合剂原料而制造工具并使用该工具进行淬硬钢的加工等时，在副切削刃的边界部分可能会发生边界磨损。当详细检查发生边界磨损的工具时，发现结合剂包括组成不均一的部分，并且磨损以该部分为起点而进行发展。鉴于上述发现，本发明人进行了深入研究，结果得出以下的结论：具体而言，如果结合剂具有均一的组成，则即使在进行淬硬钢的加工等时，也能抑制在副切削刃的边界部分发生边界磨损。因此，可提高加工精度。该结论将在下文中具体地阐述。

[本发明的实施方案的说明]

首先将列举并说明本发明的实施方案。

[1]根据本发明的一个实施方案的复合烧结体包含立方氮化硼颗粒和结合剂颗粒。所述复合烧结体包含40体积％以上80体积％以下的所述立方氮化硼颗粒。所述结合剂颗粒包含TiCN颗粒。在使用Cu-Kα射线作为射线源所测得的X射线衍射光谱中，所述复合烧结体在布拉格角2θ为41.7°以上42.6°以下的范围内示出了属于所述TiCN颗粒的(200)面的第一峰。假定所述X射线衍射光谱中的横轴x表示布拉格角2θ，所述X射线衍射光谱中的纵轴y表示衍射强度，并且将所述第一峰的峰高的最大值定义为I_max，则在直线y＝I_max/2和所述第一峰的两个以上的交点处测得的布拉格角2θ的最大值和最小值之差为0.4°以下。如果使用包括该复合烧结体的工具进行淬硬钢的加工等，能抑制在副切削刃的边界部分的边界磨损的发生，从而可提高加工精度。这里的表述“可提高加工精度”的意思是可提供低表面粗糙度的加工面(即，光滑的加工面)。

[2]在X射线衍射光谱中，优选的是，属于所述TiCN颗粒的(200)面的峰的峰高I_TiCN和属于所述立方氮化硼颗粒的(111)面的峰的峰高I_cBN之间的峰高比(I_TiCN/I_cBN×100)为0.8以上2.2以下。由此，可提高复合烧结体的强度。此外，可提高复合烧结体的耐磨性。

[3]优选的是，复合烧结体包含50体积％以上60体积％以下的立方氮化硼颗粒。优选的是，在所述第一峰的峰高的最大值处，布拉格角2θ为42.2°以上42.6°以下。由此，复合烧结体的耐磨性和抗断裂性之间的均衡性得以改善，从而使工具寿命稳定。

[4]优选的是，结合剂颗粒的平均粒径为50nm以上200nm以下。由此，可提高复合烧结体的强度。另外，可使TiCN颗粒的组成变得更加均一。

[5]在根据本发明的一个实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具中，至少切削刃部分包括：包含立方氮化硼颗粒和结合剂颗粒的复合烧结体；以及设置在所述复合烧结体的表面上的覆层。所述复合烧结体为根据本发明的一个实施方案的复合烧结体。所述覆层包括A层和B层。所述A层设置为所述覆层的最外表面，或设置在所述覆层的最外表面和所述B层之间。所述覆层的所述最外表面和所述B层的上表面之间的距离为0.1μm以上1.0μm以下。所述A层由Ti_1-sMa_sC_1-tN_t(其中Ma表示Cr、Nb和W中的至少一种元素；0≤s≤0.7；并且0<t≤1)形成。所述B层由Al_1-x-yCr_xMc_yN(其中Mc表示Ti、V和Si中的至少一种元素；0≤y≤0.6；0.2≤1-x-y≤0.8；并且0<x+y<1)形成。因此，由于根据本发明的一个实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具包括根据本发明的一个实施方案的复合烧结体，所以在进行淬硬钢的加工等中也可提高加工精度。

这里所用的“覆层的最外表面”是指覆层的位于与复合烧结体间的界面的相对侧的表面。“B层的上表面”是指B层的位于覆层的最外层面侧的表面。“覆层的最外表面和B层的上表面之间的距离”是指在覆层的厚度方向上，在B层的上表面和覆层的最外表面之间的距离。在覆层包括两个以上的B层的情况中，“覆层的最外表面和B层的上表面之间的距离”是指在覆层的厚度方向上，覆层的最外表面和位于覆层的最外表面侧的B层的上表面之间的距离。

[本发明的实施方案的详细说明]

以下将更加详细地说明本发明的实施方案(以下称为“本实施方案”)。

<复合烧结体的构成>

本实施方案的复合烧结体包括cBN颗粒和结合剂颗粒。该复合烧结体可包含其它组分，只要其包含cBN颗粒和结合剂颗粒即可，并且其还可包含由原材料和制造条件等带来的不可避免的杂质。此外，在本实施方案的复合烧结体中，cBN颗粒可相互连接从而形成连续的构造，或者结合剂颗粒可相互连接从而形成连续的构造。

复合烧结体包含40体积％以上80体积％以下的cBN颗粒(下文中将对此进行说明)。此外，结合剂颗粒包含TiCN颗粒。

<复合烧结体的X射线衍射光谱>

在使用Cu-Kα射线(波长为)作为射线源所测得的X射线衍射光谱中，复合烧结体在布拉格角2θ为41.7°以上42.6°以下的范围内具有属于TiCN颗粒的(200)面的第一峰。假定所述X射线衍射光谱中的横轴x表示布拉格角2θ，所述X射线衍射光谱中的纵轴y表示衍射强度，并且将所述第一峰的峰高的最大值定义为I_max，则在直线y＝I_max/2和所述第一峰的两个以上的交点处测得的布拉格角2θ的最大值和最小值之差(Δ2θ(°))为0.4°以下。

由于上述最大值和最小值之差(Δ2θ(°))为0.4°以下，因此可以预期TiCN颗粒的组成是均一的。因而，即使使用包括本实施方案的复合烧结体的工具进行淬硬钢的加工等，也可抑制以结合剂颗粒组成不均一的部分为起始点的磨损的进行。因此，可抑制在副切削刃的边界部分的边界磨损的发生，从而可提高加工精度。表述“结合剂颗粒的组成是均一的”是指：TiCN颗粒基本上不包含TiC和TiN；TiCN颗粒的组成表示为TiC_zN_1-z(0<z<1)；并且上述最大值和最小值之差(Δ2θ(°))为0.4°以下。

可以预期的是，随着上述最大值和最小值之差(Δ2θ(°))变小，TiCN颗粒的组成更加均一。因此，即使在使用包括这种复合烧结体的工具进行淬硬钢的加工等的情况下，也可进一步抑制在副切削刃的边界部分的边界磨损的发生，从而可进一步提高加工精度。上述最大值和最小值之差(Δ2θ(°))优选为大于0°且小于等于0.4°。

在本说明书中，“峰”不但包括只有一个顶点(最高值)的峰(具有单峰形状的峰)，而且还包括具有n(n为整数)个顶点和(n-1)个谷部分(最低值)的峰(具有多峰形状的峰)。

此外，表述“在布拉格角2θ为41.7°以上42.6°以下的范围内具有属于TiCN颗粒的(200)面的第一峰”是指第一峰所包括的各顶点出现在布拉格角2θ为41.7°以上42.6°以下的范围内，并且也包括第一峰中靠下的底部中的一部分延伸到布拉格角2θ小于41.7°的范围或大于42.6°的范围内的情况。

“峰高”是指包含于峰中的顶点处的衍射强度的大小，以下将参照图1至4对峰高进行详细说明。图1至4为示出在复合烧结体的X射线衍射光谱中出现的第一峰的形状的例子的示意图。

在第一峰11具有单峰形状(图1)的情况中，“第一峰的峰高的最大值I_max”是指包含于第一峰11中的顶点13(唯一的顶点13)的峰高。直线y＝I_max/2和第一峰11在两个交点15处相交。两个交点15处的布拉格角2θ中的较大布拉格角2θ对应于上述最大值，而较小的布拉格角2θ对应于上述最小值。

在第一峰11具有多峰形状的情况中(图2至4)，“第一峰的峰高的最大值I_max”是指包含于第一峰11中的多个顶点中的最高顶点13的峰高。在图2和3中，直线y＝I_max/2和第一峰11在两个交点15处相交。两个交点15处的布拉格角2θ中的较大的布拉格角2θ对应于上述最大值，而较小的布拉格角2θ对应于上述最小值。

在图4中，直线y＝I_max/2和第一峰11在四个交点15处相交。四个交点15处的布拉格角2θ中的最大值对应于上述最大值，而其中的最小值对应于上述最小值。

在上述X射线衍射光谱中，优选的是，第一峰的峰高的最大值处的布拉格角2θ优选为42.2°以上42.6°以下。因而，复合烧结体的耐磨性和抗断裂性间的均衡性得以改善，从而使工具寿命稳定。

另外，在上述X射线衍射光谱中，优选的是，属于TiCN颗粒的(200)面的峰的峰高I_TiCN和属于cBN颗粒的(111)面的峰的峰高I_cBN之间的峰高比(I_TiCN/I_cBN×100)为0.8以上2.2以下。因而，可认为复合烧结体包含合适的量的用于将cBN颗粒彼此间牢固地结合在一起的结合剂。因此，由于可提高复合烧结体的强度，也可提高复合烧结体的抗断裂性。此外，可提高复合烧结体的耐磨性。鉴于此，即使在使用包括这种复合烧结体的工具进行淬硬钢的加工等的情况下，也可进一步提高加工精度。峰高比(I_TiCN/I_cBN×100)更加优选为1.6以上2.0以下。

在属于TiCN颗粒的(200)面的峰具有多峰形状的情况中，“属于TiCN颗粒的(200)面的峰的峰高I_TiCN”是指在包含于峰中的多个顶点中的最高点的峰高。

在本说明书中，使用X射线衍射仪在下述条件下测定复合烧结体的X射线衍射光谱。

X射线光源：Cu-Kα线(波长为)

扫描步进：0.02°

扫描轴：2θ

扫描范围：20°至80°

电压：40kV

电流：30mA

扫描速率：1°/分钟。

在X射线衍射光谱中，在峰的下部在纵轴上的值显示为正值的情况中，上述“峰高”是指经过背景校正后的峰高。该背景校正的方法可为常规用于X射线衍射光谱的背景校正的方法。例如，可对复合烧结体的全部X射线衍射光谱进行背景校正，或者也可只对特定的峰(例如，属于cBN颗粒的(111)面的峰或属于TiCN颗粒的(200)面的峰)进行背景校正。

<cBN颗粒>

复合烧结体包含40体积％以上80体积％以下的cBN颗粒。若复合烧结体包含40体积％以上的cBN颗粒，则可提高复合烧结体的强度，从而可提高复合烧结体的抗断裂性。因此即使在进行淬硬钢的加工等时，也可提高加工精度。若复合烧结体包含80体积％以下的cBN颗粒，则可保证复合烧结体中结合剂颗粒的体积含量，从而提高复合烧结体的耐热性。因此，可以抑制由于加工淬硬钢等而产生的热所造成的cBN颗粒的反应，由此可提高复合烧结体的耐磨性。因此，即使在进行淬硬钢的加工等时，也可提高加工精度。复合烧结体优选包含50体积％以上60体积％以下的cBN颗粒。

在本说明书中，根据下述方法计算复合烧结体中cBN颗粒的体积含量。在后述的实施例中也采用同样的方法。首先，将复合烧结体进行镜面抛光，通过电子显微镜在2000倍的放大倍数下拍摄复合烧结体结构的任意区域中的背散射电子图像照片。在这种情况下，cBN颗粒观测为黑色区域，而结合剂颗粒观测为灰色区域或白色区域。然后，将所得的复合烧结体结构的照片进行图像处理，从而实现cBN颗粒和结合剂颗粒的二值化(可使用“Win roof”作为分析软件)，由此计算cBN颗粒的占有面积。然后，将计算所得的cBN颗粒的占有面积代入下面的公式，从而得到复合烧结体中cBN颗粒的体积含量。

(复合烧结体中cBN颗粒的体积含量)＝(cBN颗粒的占有面积)÷(被拍照的复合烧结体结构的总面积)×100。

<结合剂颗粒>

对结合剂颗粒没有特别的限制，只要其展示出将cBN颗粒彼此相互结合的作用即可，并且可使用具有作为复合烧结体的结合剂颗粒的常规已知组成的任何结合剂颗粒。结合剂颗粒优选为(例如)：由这样的化合物制成，该化合物包含在日本使用的元素周期表中的第4族元素(Ti、Zn或Hf等)、第5族元素(V、Nb或Ta等)和第6族元素(Cr、Mo或W等)中的至少一种元素，以及C、N、B和O中的至少一种元素；由这样的化合物的固溶体制成的颗粒；或者由铝化合物制成的颗粒。结合剂颗粒可为由上述化合物、上述化合物的固溶体、以及铝化合物中的2种以上所形成的颗粒。在本实施方案中，结合剂颗粒包含TiCN颗粒(如上所述)。

结合剂颗粒的平均粒径优选为50nm以上200nm以下。若结合剂颗粒的平均粒径为50nm以上，则可以确保通过结合剂颗粒而实现的cBN颗粒的结合强度，从而可以提高复合烧结体的强度。因此，由于可提高复合烧结体的抗断裂性，即使在进行淬硬钢的加工等时，也可提高加工精度。若结合剂的平均粒径为200nm以下，则在结合剂颗粒中，TiCN颗粒的组成易于变得更加的均一。因此，即使在使用包括这样的复合烧结体的工具进行淬硬钢的加工等的情况下，也可易于抑制以结合剂颗粒组成不均一的部分为起始点的磨损的进行。因此，可易于抑制在副切削刃的边界部分的边界磨损的发生，从而可进一步提高加工精度。结合剂颗粒的平均粒径更优选为100nm以上150nm以下。

在本说明书中，根据下述的方法计算结合剂颗粒的平均粒径。首先，使用聚焦离子束系统(FIB)和截面抛光机(CP)等制备观察用样品。通过使用扫描电子显微镜(SEM)在500倍的放大倍数下观察整个观察用样品。然后，选择平均分散有结合剂颗粒的视野(区域)，并且在50000倍的放大倍数下进一步观察该区域。

然后，对所选择的区域的SEM图像进行图像处理，从而实现cBN颗粒和结合剂颗粒的二值化。此外，在上述SEM图像中，cBN颗粒观测为黑色区域，而结合剂颗粒观测为灰色区域或白色区域。

然后，使用图像分析软件，基于每个结合剂颗粒的面积来计算当量圆直径(当结合剂颗粒的形状被假定为具有该面积的圆形时，该圆的直径即为当量圆直径)。所计算的当量圆直径的平均值被定义为结合剂颗粒的平均粒径。

<复合烧结体的用途>

本实施方案的复合烧结体可用作包括切削工具在内的各种工具，并且也可用作各种工业材料。特别地，若使用在至少一部分中包括本实施方案的复合烧结体的切削工具，则可有效地展现本实施方案的效果。

这样的切削工具的实例可以是钻头、端铣刀、钻头用切削刃替换型切削刀片、端铣刀用切削刃替换型切削刀片、铣削用切削刃替换型切削刀片、车削用切削刃替换型切削刀片、金工锯、齿轮切削刀具、铰刀、丝锥、和曲轴销铣加工刀头等。

关于用于上述切削工具的本实施方案的复合烧结体，其不仅局限于该复合烧结体形成工具的整体构造的情况，并且还包括该复合烧结体仅形成工具的一部分(特别是切削刃部分等)的情况，并且例如，可包括仅由硬质合金制成的基体中的切削刃部分由本实施方案的复合烧结体形成的情况。

<复合烧结体的制造>

图5为示出根据本发明的一个实施方案的复合烧结体的制造方法的流程图。图6为示出制造常规复合烧结体的方法的流程图。

本实施方案的复合烧结体的制造方法包括：制备TiCN颗粒的步骤S101；混合TiCN颗粒和cBN的原料粉末的步骤S102；以及烧结步骤S103。

<TiCN颗粒的制备>

在制备TiCN颗粒的步骤S101中，将TiC颗粒和TiN颗粒均匀混合，然后将所得的混合物进行热处理。由此得到TiCN颗粒。

可使用(例如)球磨机等将TiC颗粒和TiN颗粒均匀混合。在热处理后，使用碳化物球磨机对TiCN颗粒进行研磨，因而得到TiCN颗粒的细颗粒粉末。

<TiCN颗粒和cBN的原料粉末的混合>

在混合TiCN颗粒和cBN的原料粉末的步骤S102中，将所制备的TiCN颗粒和cBN的原料粉末均匀混合。然后，将得到的混合物成形为所希望的形状，从而得到了成形体。作为混合TiCN颗粒和cBN的原料粉末的条件，可以是常规公知的用于混合结合剂颗粒和cBN的原料粉末的条件。这同样适用于得到成形体的方法(成形方法)。

<烧结>

在烧结步骤S103中，将所得的成形体在真空炉进行一定时间的热处理后，将所得的成形体烧结。烧结条件可为这样的条件，例如：在约3GPa至10Gpa的压力下，将所得的成形体在约1100℃至2000℃的温度下保持约10至120分钟。

常规上，在制造含有作为结合剂的TiC和TiN的复合烧结体的情况下(图6)，将cBN的原料粉末、TiC颗粒和TiN颗粒均匀混合(S201)，然后在真空炉中对其进行热处理一定时间，然后将其烧结(S202)。以这种方式制造的复合烧结体不仅包含TiCN颗粒，而且还包含TiC颗粒或TiN颗粒，其结果是，复合烧结体中的结合剂的组成倾向于变得不均一。因此，当使用包括这样制造的复合烧结体的工具进行淬硬钢的加工等时，会以结合剂的组成不均一的部分为起始点发生磨损。因此，会在副切削刃的边界部分发生边界磨损。其结果是降低了加工精度。

但是，本实施方案的复合烧结体的制造方法包括均匀混合TiC颗粒和TiN颗粒来制备TiCN颗粒的步骤(S101)，从而得到组成均一的结合剂。因而，可获得包含这样的结合剂的复合烧结体，其中该结合剂包含具有均一组成的TiCN颗粒。因此，即使在使用包括所制造的复合烧结体的工具进行淬硬钢的加工等的情况下，也可抑制在副切削刃的边界部分发生磨损，从而提高加工精度。

<表面被覆氮化硼烧结体工具的构成>

在本实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具中，至少切削刃部分包括：本实施方案的复合烧结体；以及设置在复合烧结体的表面上的覆层。通过这种方式，本实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具包括本实施方案的复合烧结体。因此，即使在使用本实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具进行淬硬钢的加工等的情况下，也可抑制在副切削刃的边界部分发生磨损。因此，即使在淬硬钢的加工等中，也可提高加工精度。

除此之外，本实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具还包括后述的覆层，从而可以提高表面被覆氮化硼烧结体工具的耐磨性。因此，可进一步提高淬硬钢加工等中的加工精度。

具有这样的基本的构成的表面被覆氮化硼烧结体工具可特别有效地用于烧结合金和难削铸铁的机械加工(例如，切削加工)或用于淬硬钢的加工中，并且也适合用在除了上述材料以外的各种常用金属的加工中。

<覆层>

覆层优选包括A层和B层。优选地，A层设置为覆层的最外表面，或设置在覆层的最外表面和B层之间。并且，覆层的最外表面和B层的上表面之间的距离为0.1μm以上1.0μm以下。除了A层和B层以外，本实施方案的覆层可包括任何其它层(例如，在后述实施例中的C层)，只要覆层包括这些A层和B层即可。这样的其它层可设置在复合烧结体和B层之间，也可设置在A层和B层之间，或设置在A层之上。另外，本实施方案的覆层可包括交替层叠的A层和B层。

在本说明书中，通过SEM或透射电子显微镜(TEM)观察被切割的表面被覆氮化硼烧结体的横截面，从而分别得到A层的厚度和A层的层叠数以及B层的厚度和B层的层叠数。另外，通过与SEM或TEM相连的能量分散型X射线光谱法来测量A层和B层各自的组成。

尽管仅需要在表面被覆氮化硼烧结体工具的切削刃部分设置覆层，但覆层也可覆盖表面被覆氮化硼烧结体工具的基材的整个表面，或者在不同于切削刃部分的其它部分中的一部分上不设置覆层。另外，在不同于切削刃部分的其它部分中，覆层的一部分的层叠构成也可以是部分不同的。

<A层>

优选地，A层设置在B层之上，并且由Ti_1-sMa_sC_1-tN_t(其中Ma表示Cr、Nb和W中的至少一种元素；0≤s≤0.7；并且0<t≤1)形成。这样A层发生平滑的磨损，同时月牙洼磨损和后刀面磨损发展缓慢。A层配置在B层上，从而可抑制因月牙洼磨损和后刀面磨损的发展所导致的高低不平的发生。由于A层和B层协同作用，也可提高从覆层的最外表面到B层的范围内的耐磨性。因此，即使在使用本实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具进行淬硬钢的加工等的情况下，也可进一步抑制在副切削刃的边界部分发生边界磨损，从而可进一步提高加工精度。更优选的是0≤s≤0.3以及0<t≤0.7。

表述“A层由Ti_1-sMa_sC_1-tN_t(其中Ma表示Cr、Nb和W中的至少一种元素；0≤s≤0.7；并且0<t≤1)形成”也包括A层的厚度方向上的一部分由Ti_1-sMa_sC_1-tN_t(其中Ma表示Cr、Nb和W中的至少一种元素；0≤s≤0.7；并且0<t≤1)形成的情况。

Ma的组成s或N的组成t在A层中可以是均匀的，或者Ma的组成s或N的组成t可从复合烧结体侧向A层的表面侧(例如，向覆层的最外表面侧)以阶梯式或坡度式增加或减少。

优选地，A层的厚度为0.35μm以上0.7μm以下。如果A层的厚度为0.35μm以上，则可进一步抑制由月牙洼磨损和后刀面磨损的发展所导致的高低不平。因此，如果使用这样的表面被覆氮化硼烧结体工具进行淬硬钢的加工等，可进一步抑制在副切削刃的边界部分发生边界磨损，从而可进一步提高加工精度。如果A层的厚度为0.7μm以下，则可很好地平衡后刀面磨损的发展和边界磨损的发展，从而可很高地维持加工精度。更优选地，A层的厚度为0.35μm以上0.5μm以下。

<B层>

优选地，B层由Al_1-x-yCr_xMc_yN(其中Mc表示Ti、V和Si中的至少一种元素；0≤y≤0.6；0.2≤1-x-y≤0.8；并且0<x+y<1)形成。因而，可进一步抑制在副切削刃的边界部分发生边界磨损。另外，由于覆层的最外表面和B层的上表面之间的距离为0.1μm以上1.0μm以下，因此在切削初期的上述边界磨损的最大长度可被限制在某特定值以下。边界磨损的形状会给工件的加工面的表面粗糙度带来直接影响。因此，如上所述将边界磨损的最大长度限制在某特定值以下也就意味着将工件的加工面的表面粗糙度限制在某特定值以下。因此，如果使用这样的表面被覆氮化硼烧结体工具进行淬硬钢的加工等，可进一步抑制在副切削刃的边界部分发生边界磨损，从而可进一步提高加工精度。更优选的是0≤y≤0.2、0.3≤1-x-y≤0.7以及0.2≤x+y≤0.7。

Cr的组成x或Mc的组成y在B层中可以是均匀的，或者Cr的组成x或Mc的组成y可从复合烧结体侧向B层的表面侧(例如，向A层侧)以阶梯式或坡度式增加或减少。

优选地，B层的厚度为0.1μm以上1.0μm以下。如果B层的厚度为0.1μm以上，可进一步抑制在副切削刃的边界部分发生边界磨损。因此，如果使用这样的表面被覆氮化硼烧结体工具进行淬硬钢的加工等，可进一步抑制在副切削刃的边界部分发生边界磨损，从而可进一步提高加工精度。如果B层的厚度为1.0μm以下，则可很好地平衡后刀面磨损的发展和边界磨损的发展，从而可高度维持加工精度。更优选地，B层的厚度为0.1μm以上0.5μm以下。

<表面被覆氮化硼烧结体工具的制造>

本实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具的制造方法包括(例如)以下步骤：准备至少在切削刃部分具有复合烧结体的基材；以及至少在复合烧结体的表面上形成覆层。准备基材的步骤优选地包括制造本实施方案的复合烧结体的步骤，并且更优选地进一步包括将复合烧结体接合到具有预定形状的基材本体上的步骤。

覆层的形成步骤优选包括利用电弧离子镀方法(一种利用真空电弧放电使固体物料蒸发的离子镀覆法)形成覆层的步骤、或使用溅射法形成覆层的步骤。

根据电弧离子镀法，可使用包含用于形成覆层的金属种类的金属蒸发源，以及诸如CH₄、N₂、O₂之类的反应物气体来形成覆层。作为通过电弧离子镀法形成覆层的条件，可以为通过电弧离子镀法形成表面被覆氮化硼烧结体工具的覆层的已知条件。

根据溅射法，可使用包含用于形成覆层的金属种类的金属蒸发源，诸如CH₄、N₂、O₂之类的反应物气体，和诸如Ar、Kr、Xe之类的溅射气体来形成覆层。作为通过溅射法形成覆层的条件，可以为通过溅射法形成表面被覆氮化硼烧结体工具的覆层的已知条件。

更优选地，在形成覆层的步骤之前，本实施方案的表面被覆氮化硼烧结体工具的制造方法还包括对基材中将形成覆层的表面进行蚀刻的方法。通过这种蚀刻，只选择性地除去包含于上述基材表面中的复合烧结体的结合剂。因此，通过锚固作用，并且也通过结合剂中的铝化合物和覆层之间的密着力(该密着力强于cBN颗粒和覆层之间的密着力)，增强了结合剂和覆层之间的密着力。

实施例

尽管以下将参照实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限于此。

[实施例1至3以及比较例1和2]

<复合烧结体的制造>

首先，使用由硬质合金制的罐和硬质合金制的小球组成的球磨机，以1:1的摩尔比均匀混合TiC颗粒和TiN颗粒。将所得的混合物在真空炉内于1300℃下进行热处理，从而进行均一化处理。通过硬质合金制的罐和硬质合金制的球，将均一化处理过的混合物研磨，从而得到TiCN颗粒。

接着，通过上述球磨机将cBN原料粉末和TiCN颗粒均匀混合，使得cBN原料粉末的混合比与表1所示的值一致。然后，将所得的混合粉末在真空炉内于900℃下保持20分钟，从而脱气。将脱气后的混合粉末充填到硬质合金制的密闭舱(capsule)中。

然后，使用超高压装置对充填到密闭舱中的混合粉末再次施加高达6.0GPa的压力，并且同时升温至1400℃，接着在这样的压力和温度条件下进一步保持15分钟，从而进行烧结。如此得到复合烧结体。然后对所得到的复合烧结体进行如下所述的测定。

<X射线衍射光谱的测定>

首先，使用X射线衍射仪在下述条件下测定复合烧结体的X射线衍射光谱，然后对包含结合剂颗粒的化合物进行鉴定。

X射线光源：Cu-Kα射线(波长为)

扫描步进：0.02°

扫描轴：2θ

扫描范围：20°至80°

电压：40kV

电流：30mA

扫描速率：1°/分钟。

然后，将所得到的X射线衍射光谱整体进行背景校正，并且在已背景校正过的X射线衍射光谱上画出直线y＝I_max/2。接着，计算在直线y＝I_max/2和第一峰的两个以上的交点处的布拉格角2θ的最大值和最小值之差(Δ2θ(°))。

此外，使用已背景校正过的X射线衍射光谱进行峰高比(I_TiCN/I_cBN×100)的计算。

<结合剂颗粒的平均粒径的测定>

首先，使用CP制作观察用样品。通过使用SEM(产品编号：“JSM7600F”，JEOL Ltd.制)在下述的观察条件下以500倍的放大倍数观察整个观察用样品。选择结合剂颗粒平均分散的区域，在50000倍的放大倍数下观察该区域。使用背散射电子检测器(LABE)作为检测器。

<观察条件>

加速电压：2kV

光圈：6μm

观察模式：GB模式(Gentle Beam mode)。

接着，对选择区域的SEM图像进行图像处理，从而实现cBN颗粒(黑色区域)和结合剂颗粒(灰色区域或白色区域)的二值化。

然后，使用图像分析软件(Win roof)，基于各个结合剂颗粒的面积进行当量圆直径的计算。将所计算的当量圆直径的平均值定义为结合剂颗粒的平均粒径。

<cBN颗粒的平均粒径的测定>

使用与上述<结合剂颗粒的平均粒径的测定>中的方法相同的方法计算cBN颗粒的平均粒径。

<连续切削寿命的测定>

将所制造的复合烧结体钎焊到硬质合金制的基材，再成形为预定形状(ISO标准DNGA150408 S01225)。通过这种方式，得到用于连续切削寿命测定的样品。

使用所得样品在下述条件下进行实施高速连续切削的切削试验，直到切削后工件的十点平均粗糙度Rz达到3.2μm以上，或者直到后刀面的最大磨损达到0.1mm以上，从而获得工具寿命(连续切削寿命)。可通过后刀面磨损的宽度来评价尺寸精度的劣化，这是因为切削阻力的增加导致了加工面的高低不平成分的增大。另外，可通过加工面的十点平均粗糙度来评价边界磨损的发展。

加工材料：浸炭淬硬钢SCM415H,HRC62

(直径100mm×长度300mm)

切削速度：V＝200m/分钟。

进给速度：f＝0.1mm/rev。

切削深度：d＝0.2mm

湿式/干式：湿式。

其结果在表1中示出。较长的连续切削寿命意味着即使进行淬硬钢加工等时，也能够更好地提高加工精度。在本实施方案中，据认为，如果连续切削寿命为8km以上，则即使在进行淬硬钢加工等时，加工精度也可提高。

<断续切削寿命的测定>

将所制造的复合烧结体钎焊到硬质合金制的基材上，并成形为预定形状(ISO标准DNGA150408 S01225)。通过这种方式，得到了用于断续切削寿命测定的样品。

使用所得样品，在下述条件下进行实施高速强断续切削的切削试验，获得直到破裂发生时的工具寿命(断续切削寿命)。断续切削能够评价在月牙洼磨损发展后因施加于断续部分的冲击而造成的切削刃崩裂。

加工材料：浸炭淬硬钢SCM415-5V,HRC62

(直径100mm×长度300mm，在加工材料的轴向上设有5个V型凹槽)

切削速度：V＝130m/分钟。

进给速度：f＝0.1mm/rev。

切削深度：ap＝0.2mm

湿式/干式：干式。

其结果在表1中示出。较长的断续切削寿命意味着切削刃的强度相对较高，抗崩裂性优异，并且即使在进行淬硬钢加工等时，加工精度也可提高。在本实施方案中，据认为，如果断续切削寿命为15分钟以上，则即使在进行淬硬钢加工等的情况下，加工精度也可提高。

[实施例4和5]

根据上述实施例1等的方法制造复合烧结体，不同之处在于cBN颗粒的平均粒径为表1中示出的值。使用所制造的复合烧结体进行连续切削寿命和断续切削寿命的测定。

[比较例3和4]

在比较例3中，根据上述实施例1等的方法制造复合烧结体，不同之处在于用市售可得的TiCN颗粒(商品名“TiCN(50:50)”，Japan New Metals Co.,Ltd.制)代替制备TiCN颗粒。使用所制造的复合烧结体进行连续切削寿命和断续切削寿命的测定。

在比较例4中，将cBN的原料粉末、TiC颗粒和TiN颗粒均匀混合，以代替将cBN的原料粉末和TiCN颗粒混合，其中该TiCN颗粒是由TiC颗粒和TiN颗粒的混合得到的。除了上述区别之外，根据上述实施例1等的方法制造复合烧结体。使用所制造的复合烧结体进行连续切削寿命和断续切削寿命的测定。

[实施例6至8]

在实施例6中，根据上述实施例1等的方法制造复合烧结体，不同之处在于将TiC颗粒和TiN颗粒以4:1的摩尔比均匀混合以得到TiCN颗粒。使用所制造的复合烧结体进行连续切削寿命和断续切削寿命的测定。

在实施例7中，根据上述实施例1等的方法制造复合烧结体，不同之处在于将TiC颗粒和TiN颗粒以3:7的摩尔比均匀混合而得到TiCN颗粒。使用所制造的复合烧结体来测量连续切削寿命和断续切削寿命。

在实施例8中，根据上述实施例1等的方法制造复合烧结体，不同之处在于将TiC颗粒和TiN颗粒以1:4的摩尔比均匀混合以得到TiCN颗粒。使用所制造的复合烧结体进行连续切削寿命和断续切削寿命的测定。

[实施例9和10]

根据上述实施例1等的方法制造复合烧结体，不同之处在于结合剂颗粒的平均粒径为表1中示出的值。使用所制造的复合烧结体进行连续切削寿命和断续切削寿命的测定。

<结果与考察>

[表1]

在表1中，"Δ2θ(°)^*11"这一栏示出了复合烧结体的X射线衍射光谱中，在直线y＝I_max/2和第一峰的两个以上的交点处的布拉格角2θ的最大值和最小值之差(°)。

另外，在表1中，“第一峰的位置(°)^*12”这一栏示出了在第一峰的顶点处的布拉格角2θ的值。

另外，在表1中的“复合烧结体的制造方法^*13”这一栏中，"TiC+TiN→TiCN"的意思是TiC颗粒和TiN颗粒均匀混合从而得到TiCN颗粒。"TiCN+cBN"的意思是将通过使TiC颗粒和TiN颗粒均匀混合而得的TiCN颗粒与cBN的原料粉末混合。另外，“市售的TiCN+cBN”的意思是将市售的TiCN颗粒和cBN的原料粉末混合。另外，"TiC+TiN+cBN"的意思是将TiC颗粒、TiN颗粒和cBN的原料粉末混合。

在各实施例1至3中，连续切削寿命为8km以上，并且断续切削寿命为15分钟以上。另一方面，在比较例1中，断续切削寿命小于15分钟。在比较例2中，连续切削寿命小于8km，并且断续切削寿命小于15分钟。由以上结果可知，如果复合烧结体包含40体积％以上80体积％以下的cBN颗粒，那么即使在进行淬硬钢的加工等情况下也可提高加工精度。

在各实施例2、4和5中，连续切削寿命为8km以上，并且断续切削寿命为15分钟以上。因此可知，在进行淬硬钢的加工等情况下，不论cBN的原料粉末的颗粒尺寸如何，均可提高淬硬钢加工等中的加工精度。

实施例2中，连接切削寿命为8km以上，并且断续切削寿命为15分钟以上。另一方面，在各比较例3和4中，断续切削寿命小于8km。由以上结果可知，如果复合烧结体的X射线衍射光谱中的最大值和最小值之差(Δ2θ(°))为0.4°以下，那么即使在进行淬硬钢加工等情况下也可提高加工精度。也由此可知，如果使用通过混合TiC颗粒和TiN颗粒而得的TiCN颗粒来制造复合烧结体，则复合烧结体的X射线衍射光谱中的最大值和最小值之差(Δ2θ(°))为0.4°以下。

在各实施例2、以及6至8中，连续切削寿命为8km以上，并且断续切削寿命为15分钟以上。因此可知，不论TiCN颗粒的组成如何(例如，在TiCN颗粒由TiC_1-zN_z表示的情况下，不论N的组成z的值如何)，均可提高淬硬钢加工等中的加工精度。

在各实施例2、9和10中，连续切削寿命为8km以上，并且断续切削寿命为15分钟以上。然而，与实施例9和10相比，实施例2中的连续切削寿命和断续切削寿命均相对更长。由以上结果可知，如果结合剂颗粒的平均粒径大于40nm且小于250nm，那么当进行淬硬钢加工等时，加工精度可进一步提高。

[实施例11]

<基材的制造>

将上述实施例2中的复合烧结体钎焊到硬质合金制基材，并成形为预定形状(ISO标准SNGA120408)。通过这种方式，得到了其切削刃部分由复合烧结体形成的基材。

<对基材的其上将形成有覆层的表面进行蚀刻>

在成膜装置中对上述基材表面进行蚀刻。将真空泵连接到成膜装置，成膜装置中配置有可被抽真空的真空室。在真空室中设置有旋转台。该旋转台构造为能够通过夹具将基材置于旋转台上。通过设置于真空室中的加热器可加热设置在真空室中的基材。另外，通过用于流量控制的质量流量控制器(MFC)，将导入用于蚀刻和成膜的气体的气体管连接到真空室。另外，在真空室中，设置有钨丝，以用来产生蚀刻用Ar离子，并且配置有成膜用的电弧蒸发源或溅射源，此外将必要的电源连接到该电弧蒸发源或溅射源。然后，在电弧蒸发源或溅射源中设置成膜所需的蒸发源原料(靶材)。

将所制备的基材放置在上述成膜装置的上述真空室中，将真空室抽真空。接着，在以3rpm旋转旋转台的同时，将基材加热到500℃。然后，将Ar气导入到真空室，上述钨丝放电从而产生Ar离子，将偏压施加到基材上，然后基材的表面(基材的其上将形成有覆层的表面)被Ar离子蚀刻。这种情况下的蚀刻条件如下所述。

Ar气的压力：1Pa

基板偏压：-500V。

<覆层的形成>

在上述成膜装置中，依次在基材的表面上形成C层、B层、C层、A层、C层、B层、C层、A层、C层和B层。形成各层的具体条件如下所述。使用所制造的表面被覆氮化硼烧结体工具(以下称为“切削工具”)进行连续切削寿命的测定。

<C层的形成>

在上述成膜装置中，以重复的方式交替地形成C1层和C2层，从而形成C层(厚度为0.05μm)。具体地，在下述条件下，调整气相沉积时间，从而形成厚度为10nm的C1层(TiN)。另外，在下述条件下，调整气相沉积时间，从而形成厚度为10nm的C2层(AlCrN)。

(C1层的形成条件)

靶材：Ti

导入气体：N₂

成膜压力：3Pa

电弧放电电流：150A

基材偏压：-40V。

(C2层的形成条件)

靶材：Al(50原子％)、Cr(50原子％)

导入气体：N₂

成膜压力：3Pa

电弧放电电流：150A

基材偏压：-50V。

<B层的形成>

在下述条件下，调整气相沉积时间，从而形成厚度为0.2μm的B层(Al_0.7Cr_0.3N)。

靶材：Al(70原子％)、Cr(30原子％)

导入气体：N₂

成膜压力：4Pa

电弧放电电流：150A

基材偏压：-35V

旋转台旋转速度：3rpm。

<A层的形成>

在下述条件下，通过调整气相沉积时间，从而形成表2中所示厚度的A层(TiCN)。此时，调整导入气体(N₂和CH₄)的流量，使其达到表3或4中所述的N：C(组成比)。因此，所形成的A层包括N组成和C组成在厚度方向上以坡度式或以梯度式变化的区域。

靶材：Ti

导入气体：N₂、CH₄

成膜压力：2Pa

电弧放电电流：180A

基板偏压：-350V

旋转台旋转速度：3rpm。

[实施例12至25]

在各实施例12至25中，将A层的组成、A层的厚度、B层的组成、B层的厚度和C层的厚度改变为表2至表4中示出的值。除此之外，根据上述实施例11的切削工具的制造方法来制造实施例12至25的切削工具。使用所制造的切削工具测定连续切削寿命。

[表2]

表2中的TiCN^*21和TiCN^*22和表3中所示出的一致。表2中的TiCN^*23和表4中所示出的一致。

[表3]

表3中，例如，"0.5→1"的意思是组成逐渐从0.5改变为1。

表3中，“当将位于覆层的最外表面侧的A层的表面定义为起始点时的指定位置(厚度方向上的比例％)^*31”一栏中，例如，“0至15”是指这样的范围，该范围在A层的位于覆层最外表面侧的表面和这样的位置之间，其中该位置在朝向A层内的A层厚度方向上距离A层的该表面的距离为A层厚度的15％。此外，“85至100”是指这样的范围，该范围在这样的位置与A层中的与位于覆层最外表面侧的表面相对侧的表面之间，其中该位置在朝向A层内的A层厚度方向上距离A层的位于覆层最外表面侧的表面的距离为A层厚度的85％。

[表4]

表4中，例如，"1→0.5"的意思是组成逐渐由1改变为0.5。

在各实施例11至25中，连续切削寿命为8km以上。因此，由此可知，当进行淬硬钢加工等时，不论覆层的构成、A层的组成、A层的厚度、B层的组成、B层的厚度或C的厚度如何，均可提高淬硬钢加工等中的加工精度。

在各实施例11至25中，连续切削寿命比实施例2相对更长。因此，由此可知，如果在复合烧结体的表面上形成覆层，那么即使在进行淬硬钢加工等情况下也可进一步提高加工精度。

在各实施例12至14中，连续切削寿命比实施例11和15相对更长。因此，由此可知，如果A层的厚度为0.35μm以上0.7μm以下，那么即使在进行淬硬钢加工等情况下也可进一步更加提高加工精度。

在各实施例16、18至20中，连续切削寿命比实施例17相对更长。因此，由此可知，如果B层包含Cr，那么即使在进行淬硬钢加工等情况下也可进一步更加提高加工精度。

在各实施例22至24中，连续切削寿命比实施例21和25相对更长。因此，由此可知，如果B层的厚度为0.1μm以上1μm以下，那么即使在进行淬硬钢加工等情况下也可进一步更加地提高加工精度。

应当理解的是，本文所公开的实施方案在每个方面都是示例性而非限制性的。本发明的范围由权利要求书的权项、而不是上述实施方案的说明来限定，并且旨在包括与权利要求书的权项等同的范围和含义内的任何修改。

附图标记的说明

11第一峰，13顶点，15交点。