[發明專利]一種具有涂層的切削工具及其制作方法

有效

• 申請號: 201310301614.9
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103506640A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 盧志紅;陳龍騰;陳藝聰;鄭清平;張守全
• 申請（專利權）人: 廈門金鷺特種合金有限公司
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B32B9/00;B32B18/00;B32B33/00;C23C16/30
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠

技術領域

本發明涉及一種用于金屬加工的涂層切削工具，特別是涉及一種具有高硬度而且耐磨的涂層的切削工具及其制作方法。

背景技術

為提高工具的耐磨性，人們通過氣相沉積方法制備涂層，從而在其表面涂覆具有高耐磨性能硬質材料涂層，如TiC、TiN、TiC_xN_y和Al₂O₃等，這些涂層的硬度通常為15GPa至40GPa。耐磨性硬質材料涂層通常沉積在耐磨性基底上，基底的耐磨性材料包括硬質合金、金屬陶瓷、硬質材料以及工具鋼等。

涂層的物理或化學氣相沉積能夠在合適的基體上制備由碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和氧化物構成的耐磨性硬質材料涂層。物理氣相沉積工藝通過對合適的涂覆源進行物理燒蝕并引入反應性氣體組分，從而在300℃至500℃間在待涂覆的基材上涂覆所需硬質材料，可以實現硬質材料涂層化學組成成分的廣泛選擇，但是無法實現厚膜沉積，對復雜的幾何形狀體施加均勻的涂層比較困難。

化學氣相沉積通常是指熱CVD法，指在溫度范圍700℃至1050℃的反應腔體內，在常壓或負壓下，借助于由反應組分構成的氣體混合物(該氣體混合物在涂覆溫度下發生分解)將相應的硬質材料覆層沉積在基材上。熱活化的CVD工藝由于其高沉積溫度表現出獨特的工藝特征，對IVB族（特別是Ti元素）的氮化物、碳化物、碳氮化物和碳氮氧化物尤其有利，這些硬質材料涂層通常采用單層或多層設計，并且可與氧化鋁層配合廣泛應用于切削工具。這些采用CVD工藝制備硬質材料涂層的一個重要特征是具有明顯的結晶性結構，通常顯示為明顯的晶面擇優，而且其柱狀晶結構比PVD更加粗壯，也因此造成了更粗糙的表面，通過適當的表面后處理工藝，如使用氧化鋁作為介質的濕噴砂或拋光等可以使這種粗糙的表面光滑化。通過使用含硼元素的硬質涂層材料，可以提高涂層的硬度，從而提高涂層的耐磨性。

公開號為DE25?25?185的專利申請描述了由硬金屬基的主體以及硬質材料覆層構成的耐磨性成型部件，該硬質材料覆層由相互層疊的兩個亞層構成，這兩個亞層中的外層由氧化鋁和/或氧化鋯構成，位于內部的亞層由一種或多種硼化物、尤其是元素鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、和鎢的二硼化物構成。

公開號為EP0?015?451的專利申請描述了一種具有多層硬質材料覆層的經涂覆的硬質金屬物體，該多層硬質材料覆層的外層為厚度為5μm至20μm的硼化物，該硼化物選自硼化鈦、硼化鉿、硼化鋯和硼化鉭。

公開號為DE102?22?347的專利申請描述了一種通過CVD工藝制得的TiBN層，層中硼的含量大于或等于6重量%。

通過現有公開技術可以得出這樣的結論：在涂層中添加硼元素，可以顯著提高硬度。涂層中硼元素含量越高且厚度越厚，涂層的硬度越高，因此越能改善涂層的耐磨性。但是，采用CVD法沉積含硼涂層會使硼擴散至硬質合金基底，形成含硼的脆性相或η相，很大程度降低硬質合金工具的使用壽命。因此，涂層中添加的硼含量以不產生脆性相為限。除了降低硼元素的含量，也可以通過多層涂層的設計，采用不含硼的硬質材料涂層作為擴散阻擋層，可以進一步降低脆化的風險。

過高的硼含量除了有發生脆化的風險外，在切削工具加工產生高溫時，還可能導致硼與鐵發生反應。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種具有涂層的切削工具及其制作方法，通過在涂層中設置至少一個TiBCN層的硬質涂覆層，使得該涂層由于硼元素的加入硬度得到顯著的提升，同時使該涂層比TiCN具有更加出色的耐磨性，而且涂層經過表面后處理，能夠為工具提供優異的改進切削性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種具有涂層的切削工具，包括基底和涂覆在基底上的一個層或者多個層的硬質材料涂層，所述硬質材料涂層至少包括一個通過熱CVD法沉積，且厚度至少為0.1μm的TiBCN層，所述的TiBCN層中硼含量為0.5at-%至10at-%。

所述的TiBCN層的晶粒是＜2μm的粒狀至柱狀構型，優選的TiBCN層的晶粒是＜500nm的細柱狀構型。

所述的TiBCN層的厚度為0.1μm至15μm，優選的TiBCN層的厚度為1μm至8μm。

所述的TiBCN層顯微維氏硬度達到30Gpa以上。