[發明專利]切削工具及其制造方法

有效

• 申請號: 201910720686.4
• 申請日: 2019-08-06
• 公開（公告）號: CN110318039B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 譚卓鵬;朱驥飛;成偉;邱聯昌;殷磊;李世祺;傅聲華;陳麗勇
• 申請（專利權）人: 贛州澳克泰工具技術有限公司
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34
• 代理公司: 廣州睿金澤專利代理事務所(普通合伙) 44430
• 代理人: 胡婧嫻

本發明公開了一種切削工具及其制造方法，包括基底和涂覆在基底上的單層或多層涂層，單層或多層涂層中至少包括一層(Al_xSi_yTi_1?x?y)N涂層，其中，x≥0.70，0y≤0.1。本發明切削工具涂覆的(Al_xSi_yTi_1?x?y)N涂層，在保證涂層高鋁的同時，由于Si元素的摻入，形成非晶包裹納米晶結構，細化了涂層組織，提高了涂層高溫硬度，在不降低涂層抗氧化性的同時，提升了涂層的耐磨性。

技術領域

本發明屬于材料加工領域，具體涉及一種切削工具及其制造方法。

背景技術

現代制造業正在向高效、環保方向發展，隨著高速、干式切削加工所占比例越來越高，對切削工具的性能的要求也越來越高。現今，傳統的硬質合金切削工具的性能已經不能適應高速、干式切削加工了。于是，各種各樣的在硬質合金工具上涂覆涂層以提高其切削性能的技術相繼被開發。為了滿足高速、干式切削加工的需求，實現更好的性能，涂層的成分越來越復雜，涂層的結構也由原來簡單的單一涂層發展成形式多樣的復雜結構。

在切削工具上涂覆涂層，可以采用PVD方法。專利CN1845808A提供了一種表面被覆切削工具，該切削刀具采用PVD方法制備被覆層，所述被覆層包含Ti,Al,Si,N等元素，通過Si等元素的加入，使得涂層硬度達到了20-80Gpa，大大提高了涂層的耐磨性。添加Si元素之后，涂層最顯著的變化是微觀組織結構——柱狀晶的組織結構被調控成非晶態的Si_xN_y包覆納米級fcc-AlTiN結構，進而可以顯著提升涂層的硬度。然而，PVD方法制備的包含Ti、Al、Si、N等元素的涂層中，Al含量不可能超過67％，否則會產生六方相的AlTiN，因此采用PVD方法限制了涂層抗氧化能力的提高。

采用低壓CVD方法可以制備鋁含量高于67％的包含AlTiN的涂層，由于該種涂層具有PVD制備的AlTiN涂層所不具備的高鋁，故能顯著提升涂層的服役性能。

專利CN101952480B提供了一種fcc-AlTiN含量大于50％且隨厚度增加而增加的CVD涂層及其制造方法。該專利以TiCl₄為鈦源，AlCl₃為鋁源，NH₃為氮源，制備AlTiN涂層。使用該方法可以制備Al含量大于67％的fcc-AlTiN涂層，對比PVD制備的AlTiN涂層，該涂層具有更高的抗磨損性能。

專利CN106457413A提供了一種耐崩刃，耐磨損的包覆切削工具。該切削工具表面包覆有使用CVD方法制備的Al含量大于60％的AlTiN涂層。根據該專利，其制備的AlTiN涂層為(111)取向的柱狀組織，并且，在AlTiN晶粒中，Ti和Al呈現周期性變化。

專利CN201680034811公開了一種具有晶界析出物的AlTiN涂層，該涂層采用CVD方法制備。根據該專利，在涂層沉積之后，在750-900℃溫度下，進行退火1-6小時，使得fcc-TiAlCN涂層中的晶界處產生含hcp-AlN的TiAlCN析出物，且剩余fcc晶體結構含量大于85％。該專利在干式加工以及在使用冷卻液的加工條件下都表現出了更好的耐磨性和抗梳狀裂紋的能力。

綜上所述，通過現有技術可以得出這樣的結論：采用PVD方法，在fcc-AlTiN摻入硅元素可以制備包含Ti、Al、Si、N等元素的涂層，但由于Al含量不能超過67％，因此限制了涂層抗氧化性和耐磨性的提高。采用CVD方法可以制備高鋁的fcc-AlTiN涂層，但由于該涂層為亞穩相結構，在長時間的高溫切削下容易發生條幅分解，生成hcp-AlTiN，導致涂層硬度下降，耐磨性降低。

發明內容

為解決現有技術中存在的缺陷和不足，本發明的一個目的在于提供具有高硬度，高耐磨性，高韌性和高抗氧化性的切削工具。

本發明的另一目的在于提供上述切削工具的制造方法。