[發明專利]多層涂層切削刀具

有效

• 申請號: 201310457596.3
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103537719A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 李佳;陳利;吳明晶;裴斐
• 申請（專利權）人: 株洲鉆石切削刀具股份有限公司
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B32B15/04;B32B9/04
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種切削刀具，尤其涉及一種帶有自潤滑效應的多層結構涂層切削刀具。

背景技術

在切削刀具表面沉積一層高耐磨性和抗氧化性涂層可以大幅提高刀具的使用壽命并且滿足高速、高效等惡劣加工條件需要。目前TiAlN涂層及其多層涂層由于具有良好的硬度和抗氧化性能及綜合使用性能，是目前應用較為廣泛的涂層材料。

近年來，一些新研究表明在TiAlN涂層體系中添加如Si、Zr、Cr、Nb、Ta、W、B等元素還可以進一步提升涂層的硬度或抗氧化性能。在Ti-Al-N涂層中加入Si元素形成的由非晶的Si₃N₄相包裹TiAlN納米晶粒的納米復合結構在改善Ti-Al-N涂層的抗氧化性能和熱穩定性的同時還表現出超硬效應，從而受到刀具涂層研究人員的廣泛關注，并逐漸在工業上得到應用。然而此類硬質涂層由于與加工材料的摩擦系數較高，增大了切削阻力和刀具表面粘屑程度，在一些對表面質量要求很高的加工領域及密閉加工環境，以及對潤滑和排屑要求較高的場合存在一定的使用缺陷。

目前，普遍采用的技術方案是在硬質涂層表面再沉積一層潤滑層達到減摩作用，如，中國專利文獻CN1820880A介紹了一種適用于硬質合金的TiAlSiN材料涂層，涂層包括上部層和下部層，上部層由交替層疊結構的[Ti_1-(A+B)Al_ASi_B]N和[Ti_1-(C+D)Al_CSi_D]N構成，下部層為單一相結構的（Ti，Al，Si）N涂層。在上述提到的硬質涂層表面再沉積一層如DLC（類金剛石）、MoS₂等潤滑層在一定程度上可以起到減摩作用，但是由于此類表面潤滑層硬度較低，在切削加工中該潤滑層很容易磨損掉，在切削刀具整個涂層完全磨損失效前不能持續提供減摩和潤滑效果。目前，在TiAlN涂層中加入V元素（如TiAlVN四元涂層和TiAlN/VN多層涂層）在摩擦或高溫氧化后由于涂層表面V₂O₅的形成及熔化，而使其摩擦系數顯著降低。但是，V元素和O元素的親和性較強而使TiAlVN和TiAlN/VN涂層的抗氧化溫度降低，最終影響其切削應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有低摩擦系數、高耐磨損性能、高抗沖擊性能、良好抗氧化性能且被涂覆涂層與基體結合良好的多層涂層切削刀具。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種多層涂層切削刀具，包括刀具基體和沉積于所述刀具基體上的復合涂層，所述復合涂層包括周期性相互交替沉積的TiAlVN層和TiAlSiN層。

上述的多層涂層切削刀具中，所述TiAlVN層的元素原子百分數（即原子個數的百分比）滿足0.3≤Al/(Ti+Al+V)≤0.7，且0.01≤V/(Ti+Al+V)≤0.25。

上述的多層涂層切削刀具中，所述TiAlSiN層的元素原子百分數滿足0.3≤Al/(Ti+Al+Si)≤0.6，且0.01≤Si/(Ti+Al+Si)≤0.25。

上述的多層涂層切削刀具中，所述TiAlVN層的單層厚度優選2nm～100nm，所述TiAlSiN層的單層厚度優選2nm～100nm。

上述的多層涂層切削刀具中，優選的，所述刀具基體與所述復合涂層之間還設有過渡層。

上述的多層涂層切削刀具中，優選的，所述過渡層由金屬層和氮化物層組成。

上述的多層涂層切削刀具中，優選的，所述過渡層包括依次設置的Ti金屬層、TiAl金屬層和TiAlN氮化物層，所述Ti金屬層沉積于所述刀具基體上。

上述的多層涂層切削刀具中，優選的，所述過渡層包括依次設置的Ti金屬層、TiN氮化物層和TiAlN氮化物層，所述Ti金屬層沉積于所述刀具基體上。

上述的多層涂層切削刀具中，所述過渡層的厚度優選20nm～200nm。

上述的多層涂層切削刀具中，所述多層涂層切削刀具的涂層總厚度優選0.5μm～10μm。

與現有技術相比，本發明的優點在于：