[發(fā)明專利]含雙層氧化物的復(fù)合涂層切削刀具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110253310.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN115011920B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李佳;陳利;吳明晶;裴斐;王大輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株洲鉆石切削刀具股份有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06;C23C14/08;C23C14/32;C23C14/54
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 朱偉雄

本發(fā)明公開了一種含雙層氧化物的復(fù)合涂層切削刀具，包括刀具基體和在刀具基體上沉積的復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層包括：至少一層氮化物底層、CrAlON過渡層、在過渡層上的AlCrO混晶結(jié)構(gòu)氧化物層和在混晶結(jié)構(gòu)氧化物層上的CrAlO單相結(jié)構(gòu)氧化物層。該復(fù)合涂層切削刀具耐高溫磨損性能好、抗沖擊性能高、抗氧化性能良好、涂層之間及涂層與刀具基體之間結(jié)合強(qiáng)度高，實(shí)現(xiàn)了熱穩(wěn)定性、抗高溫氧化性、耐磨性以及復(fù)合涂層層間結(jié)合力的協(xié)同提升，特別適用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片，同時(shí)也適用于金屬陶瓷、非金屬陶瓷等其他切削刀具材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬切削加工領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有PVD氧化物的復(fù)合涂層的切削刀具。

背景技術(shù)

在切削刀具表面沉積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、高效等惡虐加工條件需要。目前TiAlN涂層、CrAlN涂層、TiAlSiN涂層、CrAlSiN涂層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(yīng)用較為廣泛的PVD涂層材料。隨著切削技術(shù)的發(fā)展及被加工材料要求，對(duì)切削刀具涂層提出了更加苛刻的要求。傳統(tǒng)的氮化物涂層一般在800～1000℃條件下就會(huì)發(fā)生明顯的氧化現(xiàn)象，制約了涂層刀具的高溫服役性能的進(jìn)一步提升。由于氧化物不會(huì)被氧化的獨(dú)特性質(zhì)，其具有優(yōu)異的抗高溫氧化和隔熱效果，被認(rèn)為是一種非常理想的刀具涂層材料，目前在CVD涂層切削刀具領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用和關(guān)注，特別是高溫穩(wěn)定相鋼玉結(jié)構(gòu)Al₂O₃涂層的制備越來越成為主流。但是在PVD涂層切削刀具領(lǐng)域，目前商業(yè)化應(yīng)用的氧化物涂層產(chǎn)品相對(duì)較少，一方面由于氧化物涂層的不導(dǎo)電特性造成工藝敏感性高、并且工業(yè)生產(chǎn)成本相對(duì)較高，另一方面現(xiàn)有低溫PVD制備條件下的氧化物涂層整體性能不佳也制約了相關(guān)涂層技術(shù)的應(yīng)用和推廣。因此發(fā)展PVD氧化物涂層技術(shù)，提升現(xiàn)有PVD氮化物涂層抗高溫性能成為了從事刀具涂層研究工作者所追求的目標(biāo)。

早在1982年Shinzato等人發(fā)表了論文采用射頻濺射技術(shù)高達(dá)900℃條件下在硬質(zhì)合金切削工具表面采用射頻濺射制備了氧化鋁涂層。Knotek等人1993年的論文中也描述了使用Al₂O₃的PVD涂層用于磨損防護(hù)，其中Al₂O₃層沉積在碳氮化物層上的最表面。

美國專利文獻(xiàn)6210726中公開了氧化鋁涂層的切削刀具，其氧化物多晶為γ相晶體結(jié)構(gòu)，并具有400或440晶體取向。

美國專利文獻(xiàn)5310607中公開了PVD方法沉積的含有大于5％Cr元素的氧化鋁涂層，其中當(dāng)Cr元素含量大于20％的氧化鋁涂層中可以發(fā)現(xiàn)大于20GP硬度和具有α相晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)于不添加Cr元素則呈現(xiàn)出無定型結(jié)構(gòu)的氧化鋁涂層。

中國專利文獻(xiàn)CN?101522950?B介紹了一種用于涂覆工件的PVD層體系，其包括至少一層組成為(Me1_1-xMe2_x)₂O₃的多元氧化物的混晶層。

上述文獻(xiàn)中通過PVD方法制備了氧化鋁或多元復(fù)合氧化物涂層，較過去氮化物涂層提升了抗高溫氧化性能，但是另一方面制備的氧化物涂層硬度值不高、韌性較差、晶體結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性不夠，并且由于氧化物層與氮化物底層之間涂層成分及涂層晶體結(jié)構(gòu)上的明顯差異造成的層間結(jié)合力較差，在實(shí)際的切削應(yīng)用中容易造成涂層氧化物層的剝落和過早失效，對(duì)切削刀具綜合性能的改善也十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種耐高溫磨損性能、高抗沖擊性能及良好抗氧化性能且改進(jìn)了刀具基體與涂層間及涂層內(nèi)層間結(jié)合力的復(fù)合涂層切削刀具。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種含雙層氧化物的復(fù)合涂層切削刀具，包括刀具基體和在所述刀具基體上沉積的復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層包括：至少一層氮化物底層、CrAlON過渡層、在過渡層上的AlCrO混晶結(jié)構(gòu)氧化物層和在混晶結(jié)構(gòu)氧化物層上的CrAlO單相結(jié)構(gòu)氧化物層。