[发明专利]涂层切削工具和其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有耐磨涂层的涂层切削工具，所述耐磨涂层包括通过物理气相沉积而沉积的四元合金Ti-Si-C-N。

背景技术

现代金属的高产量切屑形成加工要求具有高耐磨性、良好的韧性和优异的耐塑性变形的可靠工具。迄今为止通过将合适的涂层施加至工具基材表面实现这一点。结果，可以明显更高切削速度和进料速度使用所述工具。所述涂层优选是坚硬、耐磨和高温稳定的。所述工具基材通常为用于夹在刀架中的刀片的形状，但也可以是整体钻头或铣刀的形式。

通常使切削工具最优化，以用于由对所述工具的特殊要求而限定的特定应用领域，例如高耐月牙洼磨损性能、高耐后刀面磨损性能等。然而，希望通过改善一种或若干种性质，而不损失其它性质，扩大应用范围。

物理气相沉积(PVD)是已知的用于稳定化合物的薄膜生长的技术。金属切削工业中，包括例如TiN、Ti(C，N)和(Ti，Al)N层的PVD涂层是最常见的。在含氮或碳的反应性气体中通过电弧或离子轰击实现金属从靶的蒸发。通常靶的金属组成与最终的层相同。

Ma等人(Thin Solid Films 496(2006)，第438-444页)和(Surface &Coatings Technology 200(2005)，第382-386页)公开了使用等离子增强化学气相沉积，从TiCl₄/SiCl₄/H₂/N₂/CH₂/Ar混合物将Ti-Si-C-N涂层沉积到高速钢基材上，其中特别评价了所述沉积涂层的硬度性能。

Jeon等人(Surface and Coatings Technology 188-189(2004)，第415-419页)公开了在Ar/N₂/CH₄气态混合物中使用Ti和Si靶，结合电弧离子镀(AlP)和DC磁控溅射技术，通过混合系统在WC-Co基材上沉积Ti-Si-C-N涂层。

H.Xu等人(Surface & Coatings Technology 201，2006，第4236-4241页)公开了在等离子增强磁控溅射工艺中使用三甲基硅烷，将厚Ti-Si-C-N涂层沉积到不锈钢基材上。制造17μm厚的Ti-Si-C-N涂层并进行销盘磨损试验，以评估具有铝和氧化铝对应物的摩擦性能。

发明内容

本发明目的是提供一种用于切屑形成加工的PVD涂层切削工具，其具有改善的耐月牙洼磨损性能，而不损失耐后刀面磨损性能。

本发明

本发明提供了一种用于金属加工的切削工具，其包括硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或超硬材料例如立方氮化硼或金刚石的切削工具基材，以及耐磨涂层，其中所述耐磨涂层包括具有组成梯度的PVD Ti-Si-C-N层。

本发明还提供了一种用于金属加工的切削工具的制造方法，其中所述方法包括利用一个或更多个Ti靶和包括三甲基硅烷气体流的反应性气体气氛，使用电弧蒸镀将具有组成梯度的PVD Ti-Si-C-N层沉积到硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或超硬材料的切削工具基材上，以及在沉积期间以连续或逐渐变化的方式改变所述三甲基硅烷气体流。

所述PVD Ti-Si-C-N层的厚度适当地在通常用于金属切削工具PVD功能层的范围内，即1至10μm，优选2至7μm，最优选2至5μm。

所述涂层可以包括其它的层，例如在所述基材和所述PVD Ti-Si-C-N层之间的薄粘合层，例如TiN。

所述涂层还可以包括用于磨损检测或着色目的的最外层，例如TiN。

适当的沉积涂层总厚度小于11μm，优选小于8μm，以避免剥落。

当相对于Ti观察Si时，Ti-Si-C-N层的平均组成，即在所述Ti-Si-C-N层总厚度上测量的平均Si/(Si+Ti)原子比适当地为0.03至0.20，优选0.045至0.18，更优选0.05至0.15，最优选0.06至0.14。已经发现降低比例会导致耐后刀面磨损性能的损失，而更高的比例可能导致过于易碎的层，以致耐月牙洼磨损性能的损失。然而所述层可以局部地具有＞＝0，优选＞0，但是优选小于0.25的Si/(Si+Ti)原子比，以避免形成非致密的层。