[發明專利]涂層切削刀具

有效

• 申請號: 200710167116.4
• 申請日: 2007-10-18
• 公開（公告）號: CN101164773A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 英麗德·賴內克;瑪麗安娜·科林;托爾比約恩·塞林德
• 申請（專利權）人: 山特維克知識產權股份有限公司
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B9/00;C23C14/06;C23C16/30
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 田軍鋒;鄭立

技術領域

本發明涉及用于金屬加工的涂層切削刀具，其具有硬質合金的基底和在所述基底的表面上的通過物理氣相沉積(PVD)或等離子增強化學氣相沉積(PECVD)而沉積上的硬且耐磨的耐火涂層。

背景技術

在例如硬質合金切削刀具上沉積氧化鋁、碳化鈦和/或氮化物等材料的薄陶瓷涂層(1-20μm)的工藝為沿用已久的技術，當涂層切削刀具用于金屬加工時，其刀具壽命將顯著地延長。刀具的延長的使用壽命在一定條件下可延長得比無涂層切削刀具的使用壽命大幾百個百分比。這些陶瓷涂層通常包括單個層或復合層。現代商用切削刀具的特征在于：具有兩層或多層結構的多層組合。總涂層厚度在1μm和20μm之間變化，各個子層的厚度在幾微米至百分之幾微米之間變化。

用于沉積這種層的已確立的技術是CVD和PVD(例如參見U.S.4,619,866和U.S.4,346,123)。硬質合金或高速鋼的PVD涂層的商用切削刀具通常具有單層的TiN，Ti(C，N)或(Ti，Al)N的均相成分，或所述相的多層涂層，各層均為單相材料。

存在幾種能夠在切削刀具上形成薄的耐火涂層的PVD技術。最常用的方法是離子鍍，磁控濺射，電弧放電蒸發和IBAD(離子束輔助沉積)以及上述方法的混合工藝。各種方法具有其自有的優點，且所形成的層的固有特性，諸如微觀結構和粒度，硬度，應力狀態，內聚性和對下面基底的粘附性，這些特性可根據具體選擇的PVD方法而變化。因此，可通過優化上述特性中的一個或多個特性而提高在具體加工操作中使用的PVD涂層切削刀具的耐磨性和刀刃完整性。

顆粒強化陶瓷已被熟知，其采用體積較大的形式的結構材料，然而不是納米組合材料，直到近來為止。具有不同的納米分散顆粒的氧化鋁塊狀陶瓷公開在J.F.Kuntz等人的MRS?Bulletin?Jan?2004，pp?22-27中。氧化鋯和二氧化鈦增韌氧化鋁CVD層，例如公開在US?6,660,371，US?4,702,907和US?4,701,384中。在這些公開文獻中，層通過CVD技術沉積，因此形成的ZrO₂相是熱力學穩定相，其被稱之為單斜晶相。此外，CVD沉積層通常具有拉伸應力或低水平的壓縮應力，而PVD或PECVD層由于這些沉積工藝的固有性而通常具有高水平的壓縮應力。在US?2005/0260432中描述了對氧化鋁+氧化鋯CVD層進行噴射而產生壓縮應力水平。已知噴射工藝提供適度水平的壓縮應力。

諸如四方相或立方相的氧化鋯的亞穩相已經證明：通過稱為相變增韌的機理(Hannink等人，J.Am.Ceram.Soc.83(3)461-67；Evans，Am.Ceram.Soc.73(2)187-206(1990))進一步增強塊狀陶瓷。通過添加諸如Y或Ce的穩定性元素，或者通過存在PVD應用通常所需要的諸如真空(Tomaszewski等人，J.Mater.Sci.Lett?7(1988)778-80)的缺氧環境，已經證明促進了這種亞穩相。PVD工藝參數的變化已經證明：導致氧化鋯中的氧化學當量和亞穩相構成的變化，尤其是立方的氧化鋯相(BenAmor等人，Mater.Sci.Eng.B57(1998)28)。

用于切割應用的、由金屬氮化物或金屬碳化物組成的多層PVD層在揭示金屬氮化物和碳化物的對稱的多層結構的文獻EP0709483和描述非周期性層壓的多層金屬氮化物和碳化物的文獻US?6,103,357中給出了敘述。

瑞典專利申請No.SE0500867-7和SE0600104-4公開了一種用于金屬加工的切削刀具刀片，其中至少在該切削刀具刀片的表面的作用部分涂敷有薄的、粘附的、硬的耐磨涂層。涂層包括由粒度為1-100nm的兩種組分組成的金屬氧化物+金屬氧化物納米復合層。

發明內容

本發明的目的是提供一種PVD或PECVD涂層切削刀具，其具有改善的耐磨性和改善的抗熱量引起的失效性。

附圖說明

圖1是通過本發明的涂層切削刀具所得的橫截面的示意性視圖，其示出了涂有具有各個的金屬氧化物+金屬氧化物納米復合層Me₁X(3)，Me₂X(4)的非周期性層壓的多層(2)，每層均具有單獨的層厚度(5)。各層厚度的順序在整個多層上基本上是非周期性的。

具體實施方式