【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涂层切削刀具制备领域，涉及一种涂层切削刀具及其制备方法，具体涉及一种用于金属切削加工的cvd涂层切削刀具及其制备方法。
技术介绍
1、钢材、铸铁、高温合金等材料的成屑(chip forming)机械加工通常采用由硬质合金、金属陶瓷、立方碳化硼、高速钢等材料制备的切削刀具，而tin、ticn、tialn、al2o3等耐磨涂层用来提高刀具的耐磨性和刀具寿命。cvd因为能够实现大规模沉积tin、ticn、al2o3等涂层材料，能完成复杂几何结构表面涂覆，在刀具制备中被广泛采用。
2、采用中温化学气相沉积(mt cvd)技术制备的具有柱状晶结构的mtcvd ticn涂层和α-al2o3涂层结合组成的多层复合涂层是刀具领域应用的典型涂层。针对切削加工材料的多样性、切削加工方式的多样性，切削加工的高效化、智能化的趋势，对多层复合涂层中各个涂层组成、微观结构进行调控和优化，可以进一步提高刀具的性能，满足切削加工更高的需求。
3、larsson(microstructure and properties of ti(c,n)coatings produced bymoderate temperature chemical vapour deposition.thin sold film 402(2002)203-210)公开了采用mtcvd技术在硬质合金表面制备tc(422)相对较大，晶粒度约为0.5μm，碳与碳氮之和的原子比c/(c+n)约为0.6的mtcvdticn涂层。与高温化学气相沉积(htcvd)
4、cn101138900b公开了一种(422)取向的柱状结构ticn涂层，通过在反应气氛中添加具有2至20个碳原子的链烃，提高ticn涂层中的c含量，碳与碳氮之和的原子比c/(c+n)范围为0.7～0.9，平均晶粒度为0.05～0.5μm。涂层硬度提高，耐磨性得到改善，但强度不足、稳定性低。
5、cn104053815a公开了一种(422)取向的ticn涂层，c/(c+n)范围为0.5～0.65，平均晶粒度为0.05～0.4μm。tc(422)+tc(311)＞5.5。该涂层与常规mtcvd ticn相比，具有光滑的表面，达到平滑的效果。厚度控制在5～15μm，用于提高球墨铸铁车削和高速车削的性能，但是抗磨损性能不足。
6、cn105308210b公开了一种细晶ticn涂层，c/(c+n)范围为0.5～0.65，平均晶粒度为0.05～0.2μm。tc(422)+tc(311)≤5.5。与常规mtcvd ticn相比，具有光滑的表面，达到平滑的效果，提高铣削中耐热裂纹性和抗剥落性，厚度控制在2～7μm，用于灰铁和球墨铸铁的铣削。但晶粒过细，导致刀具强度下降。
7、近年来，机械加工领域加工工况改善，自动化获得广泛的应用，需要高稳定、高耐磨的切削刀具。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种兼具优异的硬度、耐磨性、抗冲击性、抗剥落性能、质量稳定性高的涂层切削刀具及其制备方法。该cvd涂层刀具兼顾显微结构和性能的优化，实现了在钢材、铸铁及不锈钢材料的通用切削中均具有优异的切削性能。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
3、一种涂层切削刀具，包括刀具基体和覆于所述刀具基体表面的多层涂层，所述多层涂层中至少包含一层具有柱状晶结构的mtcvd ticn涂层，所述mtcvd ticn涂层具有(220)晶面择优织构取向，织构系数tc(220)≥3，(220)晶面的衍射角2θ在60.75°～61.05°(在使用cuka辐射线的x射线衍射分析中)；所述mtcvd ticn涂层的晶粒度为0.1μm～0.4μm。
4、上述的涂层切削刀具，优选的，所述mtcvd ticn涂层的tc(220)≥4。
5、上述的涂层切削刀具，优选的，所述mtcvd ticn涂层的tc(220)≥5。
6、上述的涂层切削刀具，优选的，所述mtcvd ticn涂层在使用cuka辐射线的x射线衍射(x-ray diffraction)分析中，(220)晶面的衍射角2θ在60.85°～60.95°。
7、上述的涂层切削刀具，优选的，所述mtcvd ticn涂层的晶粒度为0.15μm～0.3μm。
8、上述的涂层切削刀具，优选的，所述mtcvd ticn涂层的厚度为5μm～20μm。
9、上述的涂层切削刀具，更优选的，所述mtcvd ticn涂层的厚度为7μm～15μm。
10、上述的涂层切削刀具，优选的，所述mtcvd ticn涂层与所述刀具基体之间还设有一层硬质基底层，所述硬质基底层包括tin层、ticn层和tic层中的至少一层，所述硬质基底层的厚度为0.1μm～1.0μm。
11、上述的涂层切削刀具，优选的，所述mtcvd ticn涂层的表面设有al2o3涂层，所述al2o3涂层的厚度为2μm～15μm。
12、上述的涂层切削刀具，优选的，所述al2o3涂层的厚度为3μm～10μm；所述al2o3涂层为α-al2o3涂层或k-al2o3涂层。
13、上述的涂层切削刀具，优选的，所述al2o3涂层的厚度为4μm～7μm。
14、上述的涂层切削刀具，优选的，所述mtcvd ticn涂层与所述al2o3涂层之间设有一层中间层，所述中间层由tin层、ticn层、ticno层、tialcno层和tico层中的两层或两层以上组合而成，所述中间层的最外层为ticno层、tialcno层和tico层中的一种，所述中间层的厚度为0.3μm～1.0μm。
15、上述的涂层切削刀具，优选的，所述al2o3涂层的表面设有一层颜色层，所述颜色层包括tin层、zrn层、tic层和tib层中的一层或多层的组合，所述颜色层的厚度为0.2μm～2.0μm。
16、作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的涂层切削刀具的制备方法，包括以下步骤：
17、(1)准备刀具基体；
18、(2)采用mtcvd工艺沉积ticn涂层，得到mtcvd ticn涂层，其中，工艺条件包括：沉积温度为870℃～950℃，压力为40mbar～100mbar，以ticl4-ch3cn-hcl-n2-h2作为沉积气氛体系，反应气体包含10.0mol％～50.0mol％的n2、1.0mol％～4.0mol％的ticl4、0.2mol％～1mol％的ch3cn、0～5mol％的hcl，余量为h2气体，其中ticl4与ch3cn的摩尔比为4～7∶1。
19、上述的涂层切削刀具的制备方法，优选的，步骤(1)与步骤(2)之间还包括沉积硬质基底层的步骤：采用cvd工艺在所述刀具基体上沉积硬本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种涂层切削刀具，其特征在于，包括刀具基体和覆于所述刀具基体表面的多层涂层，所述多层涂层中至少包含一层具有柱状晶结构的MTCVD TiCN涂层，所述MTCVD TiCN涂层具有(220)晶面择优织构取向，织构系数Tc(220)≥3，(220)晶面的衍射角2θ在60.75°～61.05°；所述MTCVD TiCN涂层的晶粒度为0.1μm～0.4μm。
2.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层的Tc(220)≥4。
3.根据权利要求2所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层的Tc(220)≥5。
4.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层在使用CuKa辐射线的X射线衍射分析中，(220)晶面的衍射角2θ在60.85°～60.95°。
5.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层的晶粒度为0.15μm～0.3μm。
6.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层的厚
7.根据权利要求6所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层的厚度为7μm～15μm。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层与所述刀具基体之间还设有一层硬质基底层，所述硬质基底层包括TiN层、TiCN层和TiC层中的至少一层，所述硬质基底层的厚度为0.1μm～1.0μm。
9.根据权利要求8所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层的表面设有Al2O3涂层，所述Al2O3涂层的厚度为2μm～15μm。
10.根据权利要求9所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述Al2O3涂层的厚度为3μm～10μm；所述Al2O3涂层为α-Al2O3涂层或k-Al2O3涂层。
11.根据权利要求10所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述Al2O3涂层的厚度为4μm～7μm。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述MTCVD TiCN涂层与所述Al2O3涂层之间设有一层中间层，所述中间层由TiN层、TiCN层、TiCNO层、TiAlCNO层和TiCO层中的两层或两层以上组合而成，所述中间层的最外层为TiCNO层、TiAlCNO层和TiCO层中的一种，所述中间层的厚度为0.3μm～1.0μm。
13.根据权利要求12所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述Al2O3涂层的表面设有一层颜色层，所述颜色层包括TiN层、ZrN层、TiC层和TiB层中的一层或多层的组合，所述颜色层的厚度为0.2μm～2.0μm。
14.一种如权利要求1～7中任一项所述的涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.根据权利要求14所述的涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，步骤(1)与步骤(2)之间还包括沉积硬质基底层的步骤：采用CVD工艺在所述刀具基体上沉积硬质基底层，然后在所述硬质基底层上沉积MTCVD TiCN涂层；所述硬质基底层包括TiN层、TiCN层和TiC层中的至少一层，所述硬质基底层的厚度为0.1μm～1.0μm。
16.根据权利要求15所述的涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，步骤(2)之后还包括沉积中间层的步骤：采用CVD工艺在所述MTCVD TiCN涂层上沉积中间层；所述中间层包括TiN层、TiCN层、TiCNO层、TiAlCNO层和TiCO层中的一层或多层的组合，所述中间层的厚度为0.3μm～1.0μm。
17.根据权利要求16所述的涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，所述沉积中间层之后还包括沉积Al2O3涂层的步骤：采用CVD工艺在所述中间层上沉积Al2O3涂层；所述Al2O3涂层的厚度为2μm～15μm。
18.根据权利要求17所述的涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，所述沉积Al2O3涂层之后还包括沉积颜色层的步骤：采用CVD工艺在所述Al2O3涂层上沉积颜色层；所述颜色层包括TiN层、ZrN层、TiC层和TiB层中的一层或多层的组合，所述颜色层的厚度为0.2μm～2.0μm。
...【技术特征摘要】
1.一种涂层切削刀具，其特征在于，包括刀具基体和覆于所述刀具基体表面的多层涂层，所述多层涂层中至少包含一层具有柱状晶结构的mtcvd ticn涂层，所述mtcvd ticn涂层具有(220)晶面择优织构取向，织构系数tc(220)≥3，(220)晶面的衍射角2θ在60.75°～61.05°；所述mtcvd ticn涂层的晶粒度为0.1μm～0.4μm。
2.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述mtcvd ticn涂层的tc(220)≥4。
3.根据权利要求2所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述mtcvd ticn涂层的tc(220)≥5。
4.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述mtcvd ticn涂层在使用cuka辐射线的x射线衍射分析中，(220)晶面的衍射角2θ在60.85°～60.95°。
5.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述mtcvd ticn涂层的晶粒度为0.15μm～0.3μm。
6.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述mtcvd ticn涂层的厚度为5μm～20μm。
7.根据权利要求6所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述mtcvd ticn涂层的厚度为7μm～15μm。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述mtcvd ticn涂层与所述刀具基体之间还设有一层硬质基底层，所述硬质基底层包括tin层、ticn层和tic层中的至少一层，所述硬质基底层的厚度为0.1μm～1.0μm。
9.根据权利要求8所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述mtcvd ticn涂层的表面设有al2o3涂层，所述al2o3涂层的厚度为2μm～15μm。
10.根据权利要求9所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述al2o3涂层的厚度为3μm～10μm；所述al2o3涂层为α-al2o3涂层或k-al2o3涂层。
11.根据权利要求10所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述al2o3涂层的厚度为4μm～7μm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘王平，李秀萍，陈响明，周卓锐，
申请(专利权)人：株洲钻石切削刀具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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