[發明專利]用于產生高溫的金屬切削應用的涂層切削工具

無效

• 申請號: 200980122244.4
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN102066616A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 馬茨·約翰松;利納·羅格斯特倫;拉爾斯·約翰遜;芒努斯·奧登;拉爾斯·胡爾特曼;格里格·霍坎松;托里爾·米爾特韋特;瑪麗安娜·科林;雅各布·舍倫
• 申請（專利權）人: 山高刀具公司
• 主分類號: C23C30/00
• 分類號: C23C30/00;B23B27/14;C04B41/87;C04B41/89;C23C14/06;C23C14/32;C23C14/35
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張珂珂;郭國清

背景技術

本發明涉及用于通過排屑加工的切削工具刀片和包括至少一個低Zr含量的(Zr，Al)N層的耐磨涂層，其中所述(Zr，Al)N層通過物理氣相沉積法(PVD)和優選通過陰極電弧蒸鍍或磁控濺鍍法生成。該刀片尤其可用于產生高溫的金屬切削應用，即鋼、不銹鋼和硬化鋼的加工。

TiN層已經被廣泛用于表面保護應用。為了改善這些層的抗氧化性，在20世紀80年代中期開始在TiN中加入鋁。發現從而形成的化合物立方相(Ti_xAl_1-x)N具有優良的抗氧化性，同時賦予加工過程中更快的切削速度、延長的工具壽命、對硬度更高的材料的加工和改善的制造經濟性。在金屬切削應用中通過析出硬化(Ti_xAl_1-x)N獲得了改善的涂層性能，這種方法也在US?7,083,868和US?7,056,602中公開。

使用合金陰極和/或金屬陰極，通過陰極電弧蒸鍍合成Zr_1-xAl_xN(0≤x≤1.0)層，H.Hasegawa等人，Surf.Coat.Tech.200(2005)。Zr_1-xAl_xN(x＝0.37)的峰表示NaCl結構，其在x＝0.50處轉變成纖鋅礦型結構。

EP?1785504公開了表面涂層的基材以及在所述基材上或者遍布所述基材而形成的高硬度涂層。所述高硬度涂層包括含有作為主要組分的含Al氮化物的涂層，以及至少一種選自Zr、Hf、Pd、Ir和稀土元素的元素。

US?2002/0166606公開了一種通過包括TiN、TiCN、AlTiN、TiAlN、ZrN、ZrCN、AlZrCN、或AlZrTiN的金屬化合物涂層，使用真空室方法例如物理氣相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)涂覆金屬基材的方法。

為了保護環境，干法加工的趨勢，即，不使用切削液體(潤滑劑)的金屬切削操作和具有改善處理的更快的加工速度，由于工具的切削刃溫度提高而對工具材料的特性提出了更高的要求。特別是，高溫下涂層的穩定性，如，抗氧化性和耐磨性，已變得至關重要。

本發明的目的是提供一種在高溫下的金屬切削應用中具有改善的性能的涂層切削工具刀片。

令人驚奇地，在切削工具刀片上沉積的(Zr，Al)N層中低的Zr含量顯著改善了它們在金屬切削過程中的高溫性能和刃的完整性。

附圖說明

圖1；(Zr_0.17Al_0.83)N斷裂層的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微圖。

圖2；X射線衍射圖vs.熱處理溫度.

圖3；硬度vs.熱處理溫度和組成，x，在(Zr_xA_l-x)N中，其中□：x＝0.17，○：x＝0.30，△：x＝0.50和◇：x＝1.00。

圖4；(Zr_0.17Al_0.83)N層的衍射斑(111)和(200)上的透射電子顯微鏡(TEM)暗場顯微圖，其中(A)表示低放大倍率的層的概圖，(B)表示更高放大倍率的層的概圖。

具體實施方式

根據本發明，提供了一種用于通過排屑加工的切削工具刀片，所述切削工具刀片包括硬質合金、金屬陶瓷、陶瓷、高速鋼(HSS)、聚晶金剛石(PCD)或聚晶立方氮化硼(PCBN)的硬質合金主體，優選硬質合金和金屬陶瓷的硬質合金主體，在所述主體上沉積包括至少一個(Zr_xAl_1-x)N層的耐磨涂層，其中根據如EDS或WDS技術確定，0.05＜x＜0.30，優選0.10＜x＜0.25，最優選0.15＜x＜0.20，如根據X射線衍射確定的，所述層由單一的立方相或單一的六角相或其混合物組成，優選立方相占主體地位的立方相和六角相的混合物。在測量精度范圍內，在所述層內元素組成的變化優選小于10％。同樣可能由于沉積過程中標準方法的變化，例如沉積過程中刀片座的旋轉而發生組成的變化。

所述層厚度為0.5至10μm，優選0.5至5μm，并具有納米晶體柱狀微結構，其中根據對所述層的中間區域的橫截面透射電子顯微確定的平均柱寬＜500nm，優選＜100nm，最優選＜50nm，所述層的中間區域即在生長方向上在厚度的30-70％之間的區域，所述平均柱寬是測量至少十個相鄰的柱寬的平均值。