[發(fā)明專利]CVD涂覆的多晶立方氮化硼切削刀具

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210074897.3
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN102689027A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設計）人: 班志剛;劉一雄
• 申請（專利權）人: 鈷碳化鎢硬質合金公司
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B23P15/28;B32B15/04;B32B9/04;C23C16/40
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

技術領域

本發(fā)明涉及具有通過化學氣相沉積(CVD)施加的涂層的切削刀具，并且更具體地涉及CVD涂覆的多晶立方氮化硼(PcBN)切削刀具。

背景技術

切削刀具已在有涂覆和無涂覆兩種情況下用于對不同金屬和合金進行機加工。為了提高切削刀具的耐磨損性和使用壽命，已經將一層或多層耐火材料施加到切削刀具表面上。例如，已經通過CVD將TiC、TiCN、TiOCN、TiN和Al₂O₃施加到燒結碳化物基體上。

Al₂O₃或氧化鋁作為用于切削刀具的涂層具有特別的吸引力。氧化鋁顯示出不同的晶相，包括α、κ、γ、β和θ，其中α和κ相在CVD涂覆的燒結碳化物切削刀具上最常見。α-氧化鋁由于其在切削應用中遇到在不同溫度下的熱力學穩(wěn)定性和常規(guī)化學惰性已被證明是一種理想的涂層。但是，α-氧化鋁的沉積越來越困難，并且往往對沉積條件和切削刀具基體的化學特性敏感。例如，現有文獻已經證明在氧化鋁沉積之前需要充分氧化碳化鈦表面，以誘導α-相的形成。TiC表面的不充分氧化導致κ-氧化鋁或κ和α相的混合物的生成，例如，見Vourinen，S.(弗羅里尼)，Thin?Solid?Films(固體薄膜)，193/194(1990)536-546和Layyous(蕾奧斯)等人，Surface?and?Coatings?Technology(表面與涂層技術)，56(1992)89-95。

此外，燒結碳化物基體上的α-氧化鋁涂層已經顯示出由層離和其他降解途徑導致涂層過早失效的重要附著問題。燒結碳化物上的α-氧化鋁涂層中的附著問題歸因于在α-氧化鋁沉積過程中涂層與基體之間顯著發(fā)展的界面孔隙率，例如，見Chatfield(查特菲爾德)等人，Journal?de?Physique(物理學雜志)，Colioque(合訂本)C5，supplement?au?n(增刊)5，Tome(卷)50卷，mai(5月)1989。

針對這些發(fā)現，已廣泛地研究和開發(fā)α-氧化鋁粘合層。附合層設置在燒結碳化物基體的表面上，以確保α-氧化鋁的成核和生長，并減輕或消除界面孔隙的發(fā)展，例如，見Halvarsson(哈爾瓦松)等人，Surface?and?Coatings?Technology(表面與涂層技術)，68/69(1994)266-273和Halvarsson(哈爾瓦松)等人，Surface?and?Coatings?Technology?(表面與涂層技術)76/77(1995)287-296。

基于多晶立方氮化硼(PcBN)的切削刀具因cBN的高硬度和高熱穩(wěn)定性(高達約980℃)日漸流行。例如，在對表面硬化鋼和完全硬化鋼、超耐熱合金、冷硬鑄鐵和灰口鑄鐵進行機加工的應用中都看到PcBN切削刀具。另外，基于PcBN的切削刀具可對于清潔的機加工過程實行無潤滑運行，從而節(jié)省冷卻劑、維修和清理成本。

與燒結碳化物相似，基于PcBN基體的切削刀具也可以通過應用不同的耐火涂層而受益。例如，PcBN切削刀具基體已配有TiCN、TiOCN、TiN和Al₂O₃涂層。然而，當使用燒結碳化物時，α-氧化鋁在PcBN切削刀具基體上的沉積發(fā)生在一個或多個中間層在基體上的使用過程中，包括結合層或改性層。授予Gates(蓋茨)等人的美國專利7,455,918披露了PcBN切削刀具，其中α-氧化鋁是沉積在PcBN基體和α-氧化鋁層之間存在的改性層上。

發(fā)明內容

鑒于上述內容，在一個方面中，本發(fā)明提供了包括一個PcBN基體的涂覆的切削刀具，其中一個單相α-氧化鋁層通過化學氣相沉積而直接沉積在該基體的一個或多個表面上。在某些實施方案中，在此描述的一種涂覆的切削刀具包括一個基體和附著到該基體上的一個涂層，該基體包括大于80重量百分比的PcBN，并且該涂層包括通過化學氣相沉積而直接沉積在該基體的一個表面上的一個單相α-Al₂O₃層。在某些實施方案中，被直接沉積在包括大于80重量百分比的PcBN的基體的一個表面上的一個單相α-Al₂O₃層具有大于70N的臨界負荷(L_c)。