[发明专利]改进的氧化铝涂层等级

说明书

技术领域

本发明涉及一种设计用来金属加工的涂层切削工具刀片。基底是一个具有坚韧表面区域的硬质合金，在所述具有坚韧表面区域的硬质合金上沉积坚硬并且耐磨的涂层。该涂层展示出对覆盖了其所有功能零件的基底的极好粘附。涂层由一个或多个耐火层构成，其中至少一层是强(104)织构的α-氧化铝(α-Al₂O₃)。

背景技术

在20世纪90年代初，采用基于US专利5,137,774的商业产品，获得了在工业规模中α-Al₂O₃多晶型的控制。这个专利后来的变形已经被用来沉积具有优选织构的α-Al₂O₃。在专利文件US 5,654,035中公开了具有在(012)方向上织构的氧化铝层，在US 5,766,782中公开了具有在(104)方向上织构的氧化铝层，并且在US 5,980,988中公开了具有在(110)方向上织构的氧化铝层。在US 5,863,640中公开了沿(012)、(104)或(110)方向的优选生长。US 6,333,103描述了用于控制α-Al₂O₃在(10(10))方向的形核和生长的改进方法。US 7,011,867描述了用织构改性剂(ZrCl₄)在α-Al₂O₃中得到强(300)织构的方法。前面讨论的现有技术方法都使用大约1000℃的高沉积温度。US 7,094,447描述了得到显著的(102)织构的技术。US 2006/0199026和US 2006/0141271分别公开了产生显著的(104)和(116)织构的增强的沉积技术。

在涂层前硬质合金刀片的上部，产生坚韧的富粘结相的区域的方法通常被称为梯度烧结。有两种方法用来产生富粘结相的区域：

(i)通过在表面附近立方碳化物相的溶解(N-梯度)。US 4,277,283、4,610,931、4,830,930和5,106,674。

(ii)通过受控制的冷却或脱碳(C-梯度)。US 5,106,674和4,830,930。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的α-Al₂O₃涂层的切削工具刀片。

根据本发明的α-Al₂O₃相由具有强的、完全可控的(104)生长织构的成核的α-Al₂O₃组成，并被沉积在富粘结相的硬质合金基底上。具有可控的(104)织构的α-Al₂O₃层可以在750-1000℃的温度范围里得到，这减少了热应力。这种氧化铝涂层的等级优于具有任意的或者具有其它较小发展的织构的现有技术。另外，当在较低的温度下实施沉积时，可以获得增强的韧性。与现有技术的产品比较，根据本发明的α-Al₂O₃层基本上没有相变应力，由具有低位错密度的柱状的、无缺陷的α-Al₂O₃晶粒组成，而且具有改进的切削性能。令人吃惊地注意到，根据本发明的(104)织构比现有技术的(012)织构优30-60％。这个令人吃惊的改进可以用(104)织构、钴富集和增强的粘结层的组合效应来解释。

附图说明

图1示出了根据本发明的典型的涂层的断裂截面的SEM显微照片(在10000x放大倍数下)。该氧化铝层由具有(104)织构的柱状晶粒组成。该涂层是致密的，没有可检测的多孔性。

具体实施方式

基底

根据本发明提供了一种涂层的切削工具刀片，其有硬质合金主体组成，该硬质合金主体的成分是5-9wt-％、优选6-8wt-％、最优选6.0-7.0wt-％的钴，和5-11wt-％、优选6.5-9.5wt-％的金属的立方碳化物，所述金属来自元素周期表的IVb、Vb和VIb族，优选Ti、Nb和Ta，以及其余为WC。优选Ta和Nb的重量浓度比率为1.0-3.0，优选1.5-2，并且/或者Ti和Nb的重量浓度比率是0.5-1.5，优选0.8-1.2。