涂覆的切削工具制造技术

本发明专利技术涉及一种涂覆的切削工具。该切削工具是CVD涂覆的并且基材是硬质合金，其中硬质合金中的金属粘结剂包含Ni。所述CVD涂层包含TiN内层和后续的TiCN层。TiN内层和后续的TiCN层。TiN内层和后续的TiCN层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涂覆的切削工具


[0001]本专利技术涉及一种涂覆的切削工具。所述切削工具是CVD涂覆的并且基材是硬质合金，其中所述硬质合金中的金属粘结剂包含Ni。该CVD涂层包含TiN内层和TiCN层。

技术介绍

[0002]用于形成切屑的金属切削操作的切削工具市场由CVD(化学气相沉积)和PVD(物理气相沉积)涂覆的硬质合金主导，其中硬质合金通常由在Co金属粘结剂中的WC制成。正在开发不含Co或Co量减少的替代粘结剂，但其在市场上的产品中仍然很少或不存在。不仅对硬质合金本身的制造有高要求，对硬质合金的涂层也有高要求，因为气相和硬质合金之间会发生相互作用，特别是在高温下使用反应气体进行的化学气相沉积期间更是如此。
[0003]在替代金属粘结剂中，Ni和Fe的混合物是有前景的候选者：这两种元素位于元素周期表中Co的各一侧。Ni显示出与Ti的高反应性，并且硬质合金中的大量Ni会导致含Ti涂层的化学气相沉积出现问题，因为在硬质合金和涂层之间的界面处以及在涂层中形成金属间相，例如Ni3Ti。界面处或含钛涂层下半部中的金属间相例如Ni3Ti会降低涂层附着力，并对后续沉积在所述含钛涂层上的涂层的耐磨性产生负面影响。
[0004]在Ni金属基材上沉积TiN涂层期间形成Ni3Ti的问题在L.von Fieandt等人的“TiN在过渡金属基材上的化学气相沉积(Chemical vapor deposition of TiN on transition metal substrates)”,表面和涂层技术(Surface and Coatings Technology)334(2018)373
‑
383中进行了分析。结论是，在CVD工序期间，通过过量的N2分压和低H2分压可以减少Ni3Ti的形成。
[0005]本专利技术的一个目的是提供一种沉积切削工具的方法，所述切削工具具有含Ni的硬质合金基材和耐磨CVD涂层，能够与含Co硬质合金基材竞争。另一个目的是提供一种在含Ni的硬质合金上沉积包含TiN层和TiCN层的耐磨涂层的方法。还有一个目的是提供一种在含Ni的硬质合金基材上、特别是在含有具有超过60重量％Ni的金属粘结剂的基材上沉积包含TiN层和TiCN层的涂层的方法。

技术实现思路

[0006]上述目的中的至少一个通过根据权利要求1的方法和根据权利要求7的切削工具实现。优选实施方式在从属权利要求中公开。
[0007]根据本专利技术的制造切削工具的方法包括在基材上沉积包含TiN内层和后续的TiCN层的CVD涂层，其中基材由硬质合金制成，该硬质合金由金属粘结剂中的硬质成分构成，并且其中所述金属粘结剂包含60
‑
90重量％Ni，其中TiN层在850
‑
900℃、优选870
‑
900℃和约300
‑
600毫巴、优选300
‑
500毫巴的压力下在两个紧接的步骤中沉积在硬质合金基材上：第一TiN沉积TiN
‑
1，随后是第二TiN沉积TiN
‑
2，该TiN
‑
1沉积在包含1
‑
1.5体积％TiCl4以及H2和N2的气体中进行，其中H2/N2体积比为0.05
‑
0.18，优选为0.09
‑
0.14，并且其中所述气体优选包含0.5
‑
1.5体积％HCl，更优选包含0.8
‑
1.0体积％HCl；并且该TiN
‑
2沉积在包含2
‑
3体
积％TiCl4以及H2和N2的气体中进行，其中H2/N2体积比为0.8
‑
2.5，优选为0.9
‑
1.7，更优选为0.9
‑
1.2。
[0008]认识到当进行包括利用不同气体组成的两个步骤的TiN沉积时，可以在含有60
‑
90重量％Ni的基材上沉积成功的TiN CVD层。在第一TiN沉积步骤中的较高量的N2防止了在基材和TiN层之间的界面处以及在TiN层的内部形成金属间相，例如Ni3Ti。然而，在这些条件下沉积的TiN层表现出不利的织构。在该TiN层上沉积的后续的TiCN层没有表现出所需的晶粒尺寸或织构。在具有高H2/N2体积比的条件下沉积TiN被示出在具有Co粘结剂的常规硬质合金基材上是成功的，并且形成的TiN显示出对基材的高附着力并且对于后续层如TiCN是有前景的起始层。但是在含Ni的基材上这并不成功，因为形成了金属间相，例如Ni3Ti。现在已经发现，通过使用包括如下两个步骤的工序沉积TiN层，能够在含Ni的硬质合金上提供具有高附着力和正确性能的TiN层，以获得细晶粒的后续的TiCN层：具有较低H2/N2体积比的第一步骤和具有较高H2/N2体积比的第二步骤。
[0009]从第一工序条件到第二工序条件的改变可以逐步或连续进行。
[0010]在本专利技术方法的一个实施方式中，该方法还包括在约875
‑
895℃的温度和约50
‑
70毫巴的压力下在两个紧接的步骤中进行TiCN沉积：第一TiCN沉积，随后是第二TiCN沉积，第一TiCN沉积在包含55
‑
65体积％H2、35
‑
40体积％N2、2.8
‑
3.1体积％TiCl4和0.4
‑
0.5体积％CH3CN的气体中进行，第二TiCN沉积在包含75
‑
85体积％H2、6
‑
9体积％N2、2.3
‑
2.5体积％TiCl4、0.6
‑
0.7体积％CH3CN和7
‑
9体积％HCl的气体中进行。
[0011]在本专利技术方法的一个实施方式中，所述金属粘结剂包含60
‑
90重量％Ni，优选65
‑
88重量％Ni，更优选70
‑
87重量％Ni，甚至更优选75
‑
85重量％Ni。
[0012]在本专利技术方法的一个实施方式中，所述金属粘结剂包含10
‑
20重量％Fe，优选10
‑
15重量％Fe。
[0013]在本专利技术方法的一个实施方式中，所述金属粘结剂包含3
‑
8重量％Co，优选5
‑
6重量％Co。
[0014]在本专利技术方法的一个实施方式中，所述硬质合金中的所述金属粘结剂含量为3
‑
20重量％，优选为5
‑
15重量％，更优选为5
‑
10重量％。
[0015]在本专利技术方法的一个实施方式中，TiN层的厚度为0.3
‑
1μm，所述TiN层优选直接沉积在硬质合金基材上。
[0016]在本专利技术方法的一个实施方式中，CVD涂层的总厚度为2
‑
20μm。
[0017]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造涂覆的切削工具的方法，所述方法包括在基材上化学气相沉积涂层，所述涂层包含TiN内层和后续的TiCN层，其中所述基材由硬质合金制成，所述硬质合金由在金属粘结剂中的硬质成分构成，并且其中所述金属粘结剂包含60
‑
90重量％的Ni，其特征在于，所述TiN层在约850
‑
900℃的温度和约300
‑
600毫巴、优选300
‑
500毫巴的压力下在两个紧接的步骤中沉积在所述硬质合金基材上：第一TiN沉积TiN
‑
1，随后是第二TiN沉积TiN
‑
2，所述TiN
‑
1沉积在包含1
‑
1.5体积％TiCl4以及H2和N2的气体中进行，其中H2/N2体积比为0.05
‑
0.18，优选为0.09
‑
0.14，并且其中所述气体优选包含0.5
‑
1.5体积％HCl，更优选包含0.8
‑
1.0体积％HCl，并且所述TiN
‑
2沉积在包含2
‑
3体积％TiCl4以及H2和N2的气体中进行，其中H2/N2体积比为0.8
‑
2.5，优选为0.9
‑
1.7，更优选为0.9
‑
1.2。2.根据权利要求1所述的方法，其中在约875
‑
895℃的温度和约50
‑
70毫巴的压力下在两个紧接的步骤中沉积所述TiCN层：第一TiCN沉积，随后是第二TiCN沉积，所述第一TiCN沉积在包含55
‑
65体积％H2、35
‑
40体积％N2、2.8
‑
3.1体积％TiCl4和0.4
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0.5体积％CH3CN的气体中进行，并且所述第二TiCN沉积在包含75
‑
85体积％H2、6
‑
9体积％N2、2.3
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2.5体积％TiCl4、0.6
‑
0.7体积％CH3CN和7
‑
9体积％HCl的气体中进行。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属粘结剂包含10
‑
20重量％的Fe，优选10
‑
15重量％的Fe。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属粘结剂包含65
‑
88重量％的Ni，优选70
‑
87重量％的Ni，甚至更优选75
‑
85重量％的Ni。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属粘结剂包含3
‑
8重量％的Co，优选5
‑
6重量％的Co。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述硬质合金中的所述金属粘结剂含量为3
‑
20重量％，优选5
‑
15重量％，最优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：里纳斯，
申请(专利权)人：山特维克科洛曼特公司，
类型：发明
国别省市：