涂层切削刀具制造技术

本发明专利技术涉及一种涂层切削刀具(1)以及制造该涂层切削刀具的方法和该涂层切削刀具的用途。该涂层切削刀具由衬底(2)和涂层(3)组成，该涂层(3)包括物理气相沉积(PVD)沉积的TiAl基氮化物层(3a)，该氮化物层的厚度为至少1.0μm。该PVD沉积的TiAl基氮化物层包括至少一个TiAlN层(3a')。该涂层(3)还包括位于所述衬底(2)和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)之间的CVD沉积的TiN层(3b)。所述CVD沉积的TiN层(3b)与所述衬底(2)和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)两者都接触。用于制造涂层切削刀具(1)的所述方法包括在所述衬底(2)上通过CVD生长TiN层(3b)，以及在所述TiN层(3b)上通过PVD生长TiAl基氮化物层(3a)。生长TiAl基氮化物层(3a)。生长TiAl基氮化物层(3a)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涂层切削刀具


[0001]本公开涉及一种涂层切削刀具以及制造该涂层切削刀具的方法。

技术介绍

[0002]自20世纪80年代中期以来，人们一直在努力改进切削刀具涂层的性质，例如耐磨性，从而改进切削刀具涂层的性能。当时，普遍的做法是在切削刀具上涂上氮化钛(TiN)。然而，由于其在高温下的抗氧化性相对较差，因此建议在TiN涂层中加入合金铝(Al)，并且在20世纪80年代中期实施并取得了良好的效果。
[0003]如今，基于(Ti,Al)N的涂层是金属切削应用中所使用的尤其最常见的硬质保护涂层材料之一。(Ti,Al)N的立方B1结构，作为整体层和/或层压涂层结构的一部分，结合了有吸引力的机械性能，诸如高硬度和改进的温度和抗氧化性，从而在金属加工应用中提供了良好的性能。(Ti,Al)N的技术益处及其优异的物理性能，尤其是在高温下的物理性能，部分地依据旋节分解过程解释，在此过程中，立方(Ti,Al)N同构分解成相干的立方c
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AlN富集域和立方c
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TiN富集域。相干的c
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AlN富集域和c
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TiN富集域之间的弹性性质和晶格失配的组合导致显著的老化硬化，在此期间，(Ti,Al)N薄层的硬度已显示增加了15％和20％之间。在进一步老化时，c
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AlN转变为热力学稳定的六方纤锌矿B4结构h
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AlN，从而产生包含c
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TiN和h
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AlN的双相结构，其机械性能降低。
[0004]今天，工业界不断寻求经济且高生产率/馈通制造的解决方案。为了满足这些需求，需要具有先进性能的新材料来提高刀具在操作过程中的使用寿命。

技术实现思路

[0005]本公开的目的是提供一种改进的涂层切削刀具。
[0006]该目的通过如权利要求1所限定的装置和如权利要求12所述的方法来实现。
[0007]本公开提供一种由衬底和涂层组成的涂层切削刀具。所述涂层包括：物理气相沉积(PVD)沉积的钛铝(Ti,Al)基氮化物层，所述氮化物层的厚度为至少1.0μm，其中所述PVD沉积的TiAl基氮化物层包括至少一个氮化钛铝(TiAlN)层；以及化学气相沉积(CVD)沉积的氮化钛(TiN)层，所述氮化钛层位于所述衬底和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层之间，其中所述CVD沉积的TiN层与所述衬底和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层两者都接触。换言之，提供了一种涂层切削刀具，该涂层切削刀具在衬底和PVD沉积的TiAl基氮化物层之间具有CVD沉积的TiN层。测试已经表明，与仅具有TiAl基氮化物层作为衬底上的涂层的现有技术解决方案相比，在衬底和PVD沉积的TiAl基氮化物层之间具有CVD沉积的TiN层的涂层切削刀具的平均刀具寿命增加。CVD沉积的TiN层提高了PVD沉积的TiAl基氮化物层与衬底的粘附性，并且从而防止或抑制了PVD沉积的TiAl基氮化物层的磨损或破损、脱落或剥落。
[0008]根据一些方面，CVD沉积的TiN层的厚度在0.1μm和1.7μm之间，并且优选在0.1μm和1.0μm之间，并且甚至更优选在0.1μm和0.7μm之间。较厚的层可能会增加热破裂的风险。较薄的层会引入CVD层无法覆盖衬底的整个预期表面的风险。
[0009]根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层的厚度在1μm和12μm之间，并且优选在2μm和10μm之间。TiAl基氮化物层用于硬化切削刀具的表面。在上述范围内的厚度提供了在使用中优选的硬表面。其它厚度当然也可以提高表面的硬度，但使用大量材料会影响切削刀具的成本。
[0010]根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层是(Ti1‑
x
Al
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y
层，其中0.1<x<0.8并且0.6<y<1.1。TiAlN层在本领域中已知用于为切削刀具提供良好的表面。
[0011]根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层是具有(Ti1‑
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Al
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层和(Ti
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Si
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层的交替层的叠层，其中0.1<x<0.8、0.7<y<1.1、0.05<l<0.2并且0.7<m<1.1。具有交替的TiAlN层和TiSiN层的层已显示出为切削刀具提供改进的切削表面。所述交替层也通过在其与衬底之间的CVD沉积的TiN层而得到改进。
[0012]根据一些方面，(Ti
(1
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Si
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层的厚度在1nm和100nm之间并且优选在5nm和50nm之间。
[0013]根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层是具有(Ti1‑
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层的交替层的叠层，其中0.1<x<0.8、0.7<y<1.1、0.5<r<0.75、0.05<s<0.2并且0.7<t<1.1。具有交替的TiAlN层和TiAlCrN层的层已显示出为切削刀具提供改进的切削表面。所述交替层也通过在其与衬底之间的CVD沉积的TiN层而得到改进。
[0014]根据一些方面，(Ti
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[0015]根据一些方面，(Ti1‑
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层的厚度在1nm和100nm之间并且优选在5nm和50nm之间。
[0016]根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层的一个TiAlN层被布置成与CVD沉积的TiN层接触。在PVD沉积的TiAl基氮化物层是具有交替层的叠层的情况下，TiAl基氮化物层的与CVD沉积的TiN层接触的部分由TiAlN制成可以是有益的。
[0017]根据一些方面，衬底选自包括以下材料的组：硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、高速钢、多晶金刚石和多晶立方氮化硼或上述的任意组合。已知此类衬底是用于涂层切削刀具的良好工作的衬底。
[0018]本公开提供了一种通过应用CVD技术和PVD技术，优选阴极电弧蒸发来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涂层切削刀具(1)，由衬底(2)和涂层(3)组成，其特征在于，所述涂层(3)包括：
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物理气相沉积(PVD)沉积的钛铝(Ti,Al)基氮化物层(3a)，所述氮化物层(3a)的厚度为至少1.0μm，其中所述PVD沉积的TiAl基氮化物层包括至少一个氮化钛铝(TiAlN)层(3a')，以及
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化学气相沉积(CVD)沉积的氮化钛(TiN)层(3b)，所述氮化钛层(3b)位于所述衬底(2)和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)之间，其中所述CVD沉积的TiN层(3b)与所述衬底(2)和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)两者都接触。2.根据权利要求1所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述CVD沉积的TiN层(3b)的厚度在0.1μm和1.7μm之间，优选在0.1μm和1.0μm之间，并且甚至更优选在0.1μm和0.7μm之间。3.根据权利要求1或2所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)的厚度在1μm和12μm之间，优选在2μm和10μm之间。4.根据前述权利要求中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)是(Ti1‑
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Al
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)N
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层(3a')，其中0.1＜x<0.8并且0.6<y<1.1。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)是具有(Ti1‑
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层(3a”)的交替层的叠层，其中0.1<x<0.8、0.7<y<1.1、0.05<l<0.2并且0.7<m<1.1。6.根据权利要求5所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述(Ti
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层(3a”)的厚度在1nm和100nm之间，优选在5nm和50nm之间。7.根据权利要求1至3中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)是具有(Ti1‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳斯，
申请(专利权)人：山高刀具公司，
类型：发明
国别省市：