[發明專利]涂層切削刀具刀片

有效

• 申請號: 200710167117.9
• 申請日: 2007-10-18
• 公開（公告）號: CN101195288A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 彼得·利特克;亨里克·努德隆德;讓·謝爾格倫
• 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;C22C29/08;C23C16/32;C23C14/00
• 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

本發明涉及一種高性能涂層切削刀具刀片，其尤其適用于根據所需條件對例如低合金鋼、碳鋼和堅韌的硬化淬火鋼之類的鋼進行車削。這種刀片基于WC、立方碳化物和鈷粘結相，且富鈷表面區域為切削刀片提供了很好的抗塑性變形的能力和高韌度性能。此外，涂層包括多個耐磨層，這些耐磨層經過表面后處理，從而為刀具刀片提供令人驚訝的提高的切削性能。

背景技術

當今的切削刀具大部分都基于硬質合金刀片，硬質合金刀片涂有若干堅硬層，如TiC、TiC_xN_y、TiN、TiC_xN_yO₂和Al₂O₃層。仔細選擇各涂層的順序和厚度，以適合不同的切削應用領域和待切削的工件材料。最經常采用的涂層技術為化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)。CVD涂層刀片尤其在抗側面磨損和抗月牙洼磨損方面相比無涂層刀片具有很大的優點。

CVD技術在相當高的溫度范圍，如950-1050℃內進行。由于這種高沉積溫度以及沉積的涂層材料和硬質合金刀具刀片之間的熱膨脹系數的不匹配，故CVD可能導致涂層產生冷卻裂紋和高拉伸應力(有時高達1000MPa)。在一些切削條件下，高拉伸應力可能是不利的，其原因在于，這可能使得冷卻裂紋進一步擴展至硬質合金體內，并使得切削刃斷裂。

在金屬切削行業中，一直努力提高切削條件極限(envelope)，即提高在不犧牲在中斷低速切削期間的抗破碎能力或抗切屑能力的情況下經受更高的切削速度的能力。

通過使刀片結合有富粘結相的表面區域和最優化的更厚涂層來實現應用范圍中的重要改善。

然而，如果增加涂層厚度，則耐磨性上的正面效果將由增加的負面效果而失去平衡，該負面效果的形式為增加的涂層脫層的風險以及減少韌度而使切削刀具不可靠。這對于較軟的工件材料尤其如此，諸如低碳鋼和不銹鋼以及當涂層厚度超過5-10μm時。此外，較厚涂層通常具有更加不均勻的表面，當切削如低碳鋼和不銹鋼的涂抹(smearing)材料時，其將成為負面特征。通過刷涂或濕噴來對涂層進行后光滑處理，可以進行補救措施，這公開在多個專利中，例如EP?0?298?729，EP1?306?150和EP?0?736?615。例如，在US?5,861,210中，其目的是獲得光滑的切削刃，并將Al₂O₃暴露，作為前刀面上的頂層，從而將TiN留在間隙側上，以用作磨損檢測層。獲得了高抗剝落性的涂層。

每種暴露表面的后處理技術，例如將涂層表面暴露至例如濕噴或干噴的機械沖擊下，都將對涂層的表面光潔度和涂層的應力狀態(σ)產生一些影響。

強噴沖擊可降低CVD涂層中的拉伸應力，但是這通常將以由于沿冷卻裂紋形成溝槽而損失涂層表面光潔度為代價，或者甚至可以導致涂層的脫層。

非常強烈的處理甚至可能將使得應力狀態發生大的改變，例如，從高度張力改變為高度壓力，如EP?1?311?712中所公開的那樣，在該專利中使用了干噴技術。

EP?1?734?155公開了一種CVD涂層切削刀具刀片，其具有TiC_xN_y層和α-Al₂O₃層，TiC_xN_y層具有50-390MPa的低拉伸應力水平，α-Al₂O₃層具有高表面光滑度，其由AFM技術測量的平均粗糙度值Ra≤0.12μm。這種切削刀具刀片通過對涂層進行強烈的濕噴操作而獲得。

現在已經發現的是，如果組合某些硬質合金合成物和某種涂層結構和厚度，并且然后在受控的嚴格條件下利用濕噴對涂層刀片進行后處理，則可獲得尤其對鋼言具有令人驚訝的改善切削性能的切削刀具刀片。

鈷粘結相與W進行高度合金。粘結相中的W含量可表示為CW-比例：

CW-比例＝磁性-％Co/wt-％Co

其中，磁性-％Co是磁性的Co的重量百分比，wt-％Co是硬質合金中的Co的重量百分比。

CW-比例根據合金化的程度在1到約0.75之間變化。較低的CW-比例對應于較高的W含量，CW-比例＝1實際上對應于在粘結相中不存在W。

所采用的后處理將為涂層提供有利的拉伸應力水平，為Al₂O₃層提供某些重要的結晶特征，以及為頂部表面提供優良的表面光潔度。