PCBN复合涂层结构及涂层刀具制造技术

本实用新型专利技术提供了一种PCBN复合涂层结构，包括交替沉积设置的耐磨层和隔热层，且位于两侧的最外层均为所述耐磨层，所述隔热层中分布有多个气泡孔。本实用新型专利技术还提供了一种PCBN涂层刀具，包括刀具基体和设置在所述刀具基体上的上述PCBN复合涂层结构。由于所述PCBN复合涂层结构中的隔热层设置有多个低导热系数的气泡孔，形成了具有气体夹层的复合体，可以显著降低隔热层的热导率，起到隔热阻热的效果；如此，不仅保证了PCBN复合涂层结构的高硬度及高耐磨性，还具有较低的热传导率。因此，上述PCBN涂层刀具可全面提高其耐磨、耐热性能，保证刀具在高速切削时的稳定性和可靠性。具在高速切削时的稳定性和可靠性。具在高速切削时的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
PCBN复合涂层结构及涂层刀具


[0001]本技术涉及用于金属机械加工的涂层切削刀具领域，具体涉及一种PCBN复合涂层结构及涂层刀具。

技术介绍

[0002]以PCBN刀具为代表的超硬刀具的出现，是高速切削加工和高效率加工的代表，它相对于传统硬质合金刀具具有非常高的硬度和耐磨性，在切削高温下显现出红硬性和热化学稳定性等，更适合于高速与干式切削以及“以车代磨”等先进的加工方法，目前在各行各业的金属加工中也得到了广泛的应用。
[0003]PCBN刀具在高速切削工件过程中，产生的高热量不断地对工件材料切削区域软化，不仅切削效率大大提高，并且可以改善工件表面粗糙度、提高加工精度；但同时高速高温下的切削力、切削热、化学反应等也是引发PCBN刀具的磨损的主要因素。
[0004]为此，中国专利技术专利申请CN 102242338A公开了一种含周期性涂层的复合涂层刀具，包括刀具基体和在刀具基体上沉积的复合涂层，复合涂层包括TiA1N基底层和周期性涂层，该周期性涂层是以“TiSiN层到TiA1SiN层到TiSiN层到TiA1N层”为一个循环周期的多周期涂层。该专利申请公开的复合涂层刀具通过多周期涂层设置使其具有高硬度、高强度、优异的高温抗氧化能力、高温稳定性及时效硬化特性等优点，并且涂层与基体之间表现出良好的结合强度，从而在一定程度上解决了PCBN刀具的磨损问题。
[0005]但是，PCBN涂层刀具在切削加工淬硬钢材料时，工件材料与刀具中的硼元素或氮元素仍有大量发生化学反应，从而影响了PCBN刀具的切削寿命、稳定性和可靠性。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本技术确有必要提供一种PCBN复合涂层结构及涂层刀具，以解决上述问题。
[0007]一种PCBN复合涂层结构，包括交替沉积设置的耐磨层和隔热层，且位于两侧的最外层均为所述耐磨层，其中，所述隔热层中分布多个气泡孔。
[0008]基于上述，所述隔热层的厚度为100～500 nm，气泡孔孔径为5～60 nm ，气泡孔在隔热层中的体积密度为10～60%；如此，实现在降低隔热层导热系数的同时，兼顾保证隔热层的力学性能。优选地，隔热层的厚度为200～400 nm，气泡孔孔径为10～30 nm，气泡孔在隔热层中的体积密度为20%～40%。
[0009]基于上述，所述气泡孔中填充有氩气、二氧化碳或两者的混合气体，且气泡孔中填充的气体的导热系数低于空气。其中，该气泡孔可以在隔热层形成过程中通入气体获得。
[0010]基于上述，所述隔热层为含钛的化合物，具体可以为TiN、TiAlN、AlTiN或AlCrN中的一种。其中，该隔热层可以由高功率脉冲磁控溅射法获得。
[0011]基于上述，所述耐磨层的厚度为200～800 nm，如此以确保耐磨层的力学性能。优选地，所述耐磨层的厚度为300～600 nm。
[0012]基于上述，所述耐磨层具有超晶格结构，优选地，其是由一第一涂层和一第二涂层依次交替沉积而成的具有超晶格结构的涂层，所述第一涂层为TiAlN、AlTiN或AlCrN，所述第二涂层为TiSiN、TiAlSiN、TiAlCrN、AlTiSiN、AlTiCrN或AlCrSiN。其中，所述耐磨层可以由高功率脉冲磁控溅射法获得。其中，化合物TiAlN是通过在TiN中掺Al制得，化合物AlTiN是通过在AlN中掺Ti制得。
[0013]基于上述，所述第一涂层和第二涂层的单层厚度相同，均为5～20 nm，且所述第一涂层与第二涂层交替设置的调制周期为10～40 nm，以保证所述耐磨层形成超晶格结构。
[0014]基于上述PCBN复合涂层结构，其总厚度为2～6 μm。优选地，PCBN复合涂层结构的总厚度为2～4 μm。
[0015]本技术还提供一种上述PCBN涂层刀具，包括刀具基体和设置在所述刀具基体上的上述PCBN复合涂层结构，且所述耐磨层直接设置在所述刀具基体上。
[0016]基于上述，所述PCBN复合涂层结构与所述刀具基体为一体结构。
[0017]本技术所提供的上述PCBN复合涂层结构中既设置有耐磨层同时也在耐磨层中间交替设置有一定厚度的隔热层，且隔热层中设置有多个低导热系数的气泡孔，形成了具有气体夹层的复合体，可以显著降低隔热层的热导率，起到隔热阻热的效果；如此，不仅保证了PCBN复合涂层结构的高硬度及高耐磨性，同时通过隔热层对PCBN复合涂层结构热导率的显著调节，降低了热传导率，使得其具有较低的热传导率。即，所述PCBN复合涂层结构具有硬度高、热导率低、耐磨耐热性能优异等特点，所以，本技术采用上述复合涂层结构的PCBN涂层刀具，在高速高温切削过程中，可大大降低切削热、化学反应对刀具基体材料造成的磨损，为刀具基体自身的红硬性和热化学稳定性的保持提供屏障，延长刀具的切削寿命。
[0018]进一步，本技术提供的耐磨层所具有的超晶格纳米多层结构，既保证了PCBN复合涂层结构的力学性能，为整体涂层结构提供骨架；同时也可在纳米尺度上，使晶格振动传导热的波干扰增大，调节PCBN复合涂层结构的热导率，从而使得所述PCBN复合涂层结构在保证力学性能的同时热导率进一步降低，进而进一步延长本技术提供的PCBN涂层刀具的切削使用寿命。
[0019]因此，本技术提供的PCBN复合涂层结构可全面提高PCBN涂层刀具的耐磨、耐热性能，保证PCBN刀具在高速切削时的稳定性和可靠性。
附图说明
[0020]图1为本技术实施例一提供的PCBN复合涂层结构的示意图。
[0021]图2为本技术实施例提供的耐磨层的结构示意图。
[0022]图3为本技术实施例二提供的PCBN复合涂层结构的示意图。
[0023]图4为本技术实施例三提供的PCBN复合涂层结构的示意图。
[0024]图5为本技术实施例四提供的PCBN涂层刀具的结构示意图。
[0025]其中，各图中符号：1 耐磨层、12 第一涂层、14 第二涂层、2 隔热层、22 气泡孔、3 刀具基体。
具体实施方式
[0026]下面通过具体实施方式，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0027]实施例一
[0028]请参阅图1及图2，本实施例提供一种厚度为2.4μm的PCBN复合涂层结构，该复合涂层结构是由高功率脉冲磁控溅射法获得的，包括三层单层厚度为600 nm的耐磨层1和两层单层厚度为300 nm的隔热层2，且所述耐磨层1和沉积于耐磨层1上的隔热层2依次交替沉积形成多周期涂层结构，且该多周期涂层结构相对设置的两个最外层均为耐磨层1。其中，所述耐磨层1是由第一涂层12和第二涂层14依次交替沉积而成的具有超晶格结构的涂层，且隔热层2沉积形成在第二涂层14上。本实施例中，所述隔热层2为TiN层，其在形成过程中通入有二氧化碳气体，使得隔热层2中形成有孔径10～20 nm的封闭气泡孔22，且气泡孔22在隔热层2中的体积密度为40%；所述第一涂层12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PCBN复合涂层结构，其特征在于：包括交替沉积设置的耐磨层和隔热层，且位于两侧的最外层均为所述耐磨层，所述隔热层中分布有多个气泡孔，所述隔热层的厚度为100～500 nm，所述气泡孔的孔径为5～60 nm，所述气泡孔在所述隔热层中的体积密度为10%～60%，所述气泡孔中填充有氩气、二氧化碳或两者的混合气体。2.根据权利要求1所述的复合涂层结构，其特征在于：所述隔热层为TiN、TiAlN、AlTiN或AlCrN。3. 根据权利要求1或2所述的复合涂层结构，其特征在于：所述耐磨层的厚度为200～800 nm。4.根据权利要求3所述的复合涂层结构，其特征在于：所述耐磨层是由一第一涂层和一第二涂层依次交替沉积而成的具有超晶格结构的涂层，所述第一涂层为Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏捷，邢建军，周甜元，董永芬，
申请(专利权)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
类型：新型
国别省市：