[發(fā)明專利]一種涂層切削刀具及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310489244.6
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103586520A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 陳路;伍偉;盧志紅
• 申請（專利權）人: 廈門金鷺特種合金有限公司
• 主分類號: B23C5/00
• 分類號: B23C5/00;C23C14/32
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠

技術領域

本發(fā)明涉及涂層切削工具，特別是涉及一種涂層切削刀具及其制作方法。

背景技術

干式切削及高速加工是近年來切削技術發(fā)展的主要方向，干式切削由于其良好的環(huán)境親和性，高速切削由于能提高加工效率和降低成本，在切削加工中的應用越來越廣泛，但由于它們的切削過程中產(chǎn)生大量的熱，造成刀具刃部溫度劇烈升高，因而對刀具材料的特性特別是表面涂層材料提出了更苛刻的要求。

工具上常用的TiN涂層因其較低的抗氧化溫度及低硬度已經(jīng)無法滿足切削加工技術持續(xù)發(fā)展的需求。TiN涂層在600℃以上易氧化生成TiO₂，在涂層應力作用下導致氧化層剝落使涂層失效。與TiN涂層相比，后續(xù)開發(fā)出的TiAlN涂層由于Al的加入，Al原子置換TiN中部分的Ti原子形成TiAlN固溶體，高溫下Al元素向表面擴散形成一層致密的Al₂O₃保護膜，可明顯提高涂層的高溫抗氧化性和高溫硬度。當涂層中的鋁含量超過某一臨界值時，結晶的穩(wěn)定性變差，其晶體由B1-NaCl型面心立方結構變?yōu)锽4-ZnS型六方結構，面心立方結構的TiAlN涂層具有良好的綜合性能，而轉變?yōu)榱浇Y構后機械性能將會急劇變差。

CN101200797A公開了一種切削不銹鋼用的PVD納米多層涂層，其特征是：納米多層涂層由TiN層、（Ti_x，Al_1-x）N、（Ti_y，Al_1-y）N和（Ti_x，Al_1-x）N交替沉積在硬質(zhì)合金基體上組成，其中，0.5＜x＜1,0.3＜y＜0.5，涂層總的厚度控制在2～6um，TiN層厚度控制在2～8nm，（Ti_x，Al_1-x）N單層厚度控制在1～5nm，（Ti_y，Al_1-y）N單層厚度控制在1～5nm。多層涂層中由于引入了TiN，在高溫條件下可能會引起整體性能的降低。

CN101318230A公開了一種帶涂層的硬質(zhì)合金切削刀具刀片，所述涂層為均勻的Al_xTi_1-x層，其中x=0.6-0.67。涂層厚度為1.2μm至3.6μm。其涂層中的Al含量過高，高溫相變后會引起某些加工過程中刃口抗沖擊能力的下降。

JP3003986公開了一種切削刀片，涂層包括TiAlN，TiAlCN，其特點為X線衍射圖譜上反射峰強度值比（220）/（111）為1以上。

JP3382781公開了一種切削刀具，其表面涂層由Ti含量為75-98at%的一層和Ti含量為20-65at%的層交互疊加構成，前者的X線衍射圖譜上反射波峰（200）/(111)強度比1以下，后者的X線衍射圖譜上反射波峰（200）/(111)強度比1以上。

以上的技術已經(jīng)不能滿足不斷發(fā)展的切削加工工藝對刀具切削刃的耐磨性和抗沖擊性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足，提供一種涂層切削刀具及其制作方法，通過使用Ti基（Ti_1-aMe_a）X涂層為主要功能層，含有特定的固溶金屬元素Me，使其擁有獨特的結晶方式及結晶形態(tài)，從而能大幅改善涂層切削工具的耐磨性和抗沖擊性的平衡性，提高切削加工的刀具或刀片壽命。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種涂層切削刀具，包括基體和基體上涂覆的單層或多層涂層；所述基體為硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或高速鋼材料制作而成；所述單層或多層涂層，所述涂層為（Ti_1-aMe_a）X涂層，其中，Me為化學元素Al、Cr、Zr、Si、Hf、Nb、W和Ta的其中一種或幾種，X為化學元素N、C、O和B的其中一種或幾種，a在0.2到0.6之間，利用X射線衍射在θ/2θ幾何構成檢測多晶立方相的存在，在衍射圖譜上所述涂層特征表現(xiàn)為僅有一個明顯的立方相反射波峰,波峰位于以2θ為橫坐標的40度至45度之間，且波峰與背景比例P在大于1.2小于3之間,其余涂層立方相反射峰的波峰與背景比例P值小于1.2或波峰未能檢出。

所述涂層在衍射圖譜上表面為反射波峰寬化，反射波峰半幅全寬在0.8度2θ以上。

所述硬質(zhì)合金材料中，是以WC為主成分，并含有6wt%至13wt%的Co,和含有0.1wt%至0.5wt%的Cr，其中，WC顆粒平均大小為0.5μm至2.5μm之間。