用于切削工具的绿色耐火涂层制造技术

在一个方面，本文描述了带涂层切削工具。本文所述的带涂层切削工具包括基底和粘附于所述基底的涂层，所述涂层包括通过化学气相沉积法所沉积的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相、硫氮化锆相以及除所述氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于切削工具的绿色耐火涂层相关专利申请资料本专利申请特此根据35U.S.C.§120要求提交于2013年1月25日的美国专利申请No.13/750,252的优先权，该专利据此全文以引用方式并入。
本专利技术涉及用于切削工具的耐火涂层，并且具体地讲，涉及通过化学气相沉积法(CVD)沉积的呈绿色的涂层。
技术介绍
切削工具(包括陶瓷切削工具)已用于带涂层和不带涂层条件两者以便加工各种金属和合金。为了提高切削工具耐磨性、性能和寿命，已将一层或多层耐火材料施加于切削工具表面。已通过CVD并通过物理气相沉积法(PVD)将例如TiC、TiCN、TiN和/或Al2O3施加于陶瓷基底。虽然在多种应用中能有效抑制磨损并延长工具寿命，但基于上述耐火材料的单层或多层构造的耐火涂层已日益达到其性能极限，从而要求开发用于切削工具的新涂层结构。
技术实现思路
在一个方面，描述了其上粘附有涂层的切削工具，所述涂层在一些实施例中可展示出所需的耐磨性和延长的切削寿命。本文所述的带涂层切削工具包括基底和粘附于基底的涂层，所述涂层包括通过化学气相沉积法所沉积的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及除氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。在一些实施例中，金属氧化物相还包含选自铝、铪和钛的金属元素。当存在时，金属元素可形成另外的金属氧化物和/或与锆形成混合氧化物。另外，复合层还可包含硫氮化锆相。在可供选择的实施例中，通过化学气相沉积法所沉积的复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及硫氮化锆相。涂层的复合层在一些实施例中还包含除氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。此外，金属氧化物相还可包含选自铝、铪和钛的金属元素。当存在时，金属元素可形成另外的金属氧化物和/或与锆形成混合氧化物。本文所述的复合层在一些实施例中展现出在490nm至580nm波长范围内的颜色。此外，粘附于基底的涂层可具有至少60N的临界负载(Lc)。本文还描述了制备带涂层切削工具的方法。制备带涂层切削工具的方法包括提供基底以及通过化学气相沉积法在基底上沉积涂层的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及除氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。如本文所述，沉积复合层还可包含硫氮化锆相。另外，沉积复合层的金属氧化物相还可包含选自铝、铪和钛的金属元素。当存在时，金属元素可形成另外的金属氧化物和/或与锆形成混合氧化物。复合层在一些实施例中从包含铝源、氧源、氮源和锆源的气体混合物沉积。如本文进一步所述，气体沉积混合物还可包含硫源。在另一个方面，制备带涂层切削工具的方法包括提供基底以及通过化学气相沉积法在基底上沉积涂层的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及硫氮化锆相。复合层在一些实施例中从包含铝源、氧源、氮源、锆源和硫源的气体混合物沉积。这些和其他实施例在下文的具体实施方式中进一步描述。附图说明图1示出了根据本文所述的一个实施例的带涂层切削工具的基底。图2为根据本文所述的一个实施例的带涂层切削刀片的剖面光学图像。图3为根据本文所述的一个实施例的带涂层切削刀片的XRD光谱。图4为根据本文所述的一个实施例的带涂层切削刀片的复合层的形貌和抛光表面扫描电镜(SEM)图像。具体实施方式通过参考以下具体实施方式和实例以及它们以前和下面的描述可以更容易地理解本文所述的实施例。然而，本文所述的元素、设备和方法并不限于具体实施方式和实例中所述的具体实施例。应当认识到，这些实施例只是示例性地说明本专利技术的原理。在不脱离本专利技术精神和范围的情况下，多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。I.带涂层切削工具在一个方面，描述了其上粘附有涂层的切削工具，所述涂层在一些实施例中可展示出所需的耐磨性和延长的切削寿命。本文所述的带涂层切削工具包括基底和粘附于基底的涂层，所述涂层包括通过化学气相沉积法所沉积的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及除氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。在一些实施例中，金属氧化物相还包含选自铝、铪和钛的金属元素。当存在时，金属元素可形成另外的金属氧化物和/或与锆形成混合氧化物。另外，复合层还可包含硫氮化锆相。有趣的是，本文所述的复合层可展现出490nm至580nm波长范围内的颜色。现在转向特定部件，本文所述的带涂层切削工具包括基底。带涂层切削工具的基底可以包含不违背本专利技术目的的任何材料。在一些实施例中，基底包含陶瓷、碳化物、陶瓷、金属陶瓷或钢。陶瓷基底在一些实施例中包含碳化钨(WC)。WC可以至少约70重量％的量存在于基底中。在一些实施例中，WC以至少约80重量％的量或以至少约85重量％的量存在于基底中。另外，陶瓷基底的金属粘结剂可包含钴或钴合金。钴例如可以约3重量％至约15重量％范围内的量存在于陶瓷基底中。在一些实施例中，钴以约5重量％至约12重量％或者约6重量％至约10重量％范围内的量存在于陶瓷基底中。此外，陶瓷基底可显示具有开始于基底表面处并从基底表面向内延伸的粘结剂富集区。陶瓷基底还可包含一种或多种添加剂，例如，下列元素和/或其化合物中的一者或多者：钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪。在一些实施例中，钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪在基底中形成含WC的固溶体碳化物。基底在一些实施例中包含约0.1重量％至约5重量％范围内的量的一种或多种固溶体碳化物。另外，陶瓷基底可包含氮。在一些实施例中，本文所述的带涂层切削工具的基底包括在基底的前刀面与后刀面的接合点处形成的一个或多个切削刃。图1示出了根据本文所述的一个实施例的带涂层切削工具的基底。如图1所示，基底(10)具有在基底前刀面(14)与后刀面(16)的接合点处形成的切削刃(12)。基底还包括可用于将基底(10)固定到刀架上的孔隙(18)。在一些实施例中，带涂层切削工具的基底是刀片、钻头、端铣刀、锯片或其他切削设备。如本文所述，粘附于基底的涂层包括通过化学气相沉积法所沉积的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝(AlON)相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及除氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。AlON相可以不违背本专利技术目的的任何量存在于复合层中。AlON相例如可以是复合层的主相，用作本文进一步讨论的金属氧化物和金属氧氮化物相的基体。在一些实施例中，AlON相以选自表I的量存在于复合层中。表I-复合层的AlON相(体积％)AlON相(体积％)≥50≥60≥70≥8085-9990-99本文所述的AlON相的铝、氮和氧含量可以根据所选的CVD参数而变化。AlON相的铝例如可在20至50原子％的范围内。在一些实施例中，AlON相的铝在25至40原子％或者32至38原子％的范围内。AlON相的氮可在40至70原子％的范围内。在一些实施例中，AlON相的氮在55至70原子％或者63至67原子％的范围内。此外，AlON相的氧可在1至20原子％的范围内。在一些实施例中，AlON相的氧在2至15原子％或者4至6原子％的范围内。AlON相可以是多晶形。例如，AlON相可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带涂层切削工具，包括：基底；和粘附于所述基底的涂层，所述涂层包括通过化学气相沉积法所沉积的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及除所述氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.25 US 13/750,2521.一种带涂层切削工具，包括：基底；和粘附于所述基底的涂层，所述涂层包括通过化学气相沉积法所沉积的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及除所述氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆，其中所述复合层还包含硫氮化锆相。2.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中所述氧氮化铝相包括六方晶体结构、立方晶体结构或无定形晶体结构或它们的混合物。3.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中所述氧氮化铝相包含20原子％至50原子％的量的铝、40原子％至70原子％的量的氮以及1原子％至20原子％的量的氧。4.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中所述氧化锆分散于所述氧氮化铝相中。5.根据权利要求4所述的带涂层切削工具，其中所述氧氮化锆分散于所述氧氮化铝相中。6.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中所述金属氧化物相还包含选自铝、铪和钛的金属元素。7.根据权利要求6所述的带涂层切削工具，其中所述金属元素形成除所述氧化锆之外的金属氧化物。8.根据权利要求7所述的带涂层切削工具，其中所述金属元素为铝并且所述金属氧化物为Al2O3。9.根据权利要求6所述的带涂层切削工具，其中所述金属元素与锆形成混合氧化物。10.根据权利要求9所述的带涂层切削工具，其中所述金属元素为铝并且所述混合氧化物为AlZrO。11.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中所述金属氧氮化物相还包含选自元素周期表的IVB、VB或VIB族的金属元素的氧氮化物。12.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中粘附于所述基底的所述涂层具有至少60N的临界负载(Lc)。13.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中所述复合层呈波长在490nm至580nm范围内的颜色。14.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中所述涂层还包括在所述复合层与所述基底之间的一个或多个内层。15.根据权利要求14所述的带涂层切削工具，其中所述一个或多个内层包含选自铝及元素周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素的一种或多种金属元素以及选自元素周期表的IIIA、IVA、VA和VIA族的非金属元素的一种或多种非金属元素。16.根据权利要求14所述的带涂层切削工具，其中所述一个或多个内层包含选自由铝及元素周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素组成的组中的金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。17.根据权利要求1所述的带涂层切削工具，其中所述涂层还包括在所述复合层上方...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·H·温特，V·索特克，R·A·库珀，P·莱克特，刘一雄，
申请(专利权)人：钴碳化钨硬质合金公司，
类型：发明
国别省市：美国;US