[发明专利]纳米叠层涂覆的切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种切削工具刀片，其包含立方氮化硼压块(PCBN)材料的刀体和包含分别基于(Ti、Al)N和(Ti、Si)N层的纳米叠层结构的硬质耐磨涂层。所述刀片尤其可用于产生高温的金属切削应用，例如钢、铸铁、超合金、不锈钢和硬化钢的高速加工。通过物理气相沉积法(PVD)、优选通过阴极电弧蒸镀产生所述涂层。

背景技术

US 7,056,602公开了一种涂覆有立方结构(Ti_yAl_xMe_1-x-y)N基层的切削工具刀片，其中Me为如下元素的一种：Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W或Si，且：x在0.50至0.80之间；x/(x+y)的比率在0.50至0.85之间；Ti和Al下标x+y的总和在0.7至1.0之间。

EP 1736565公开了一种涂覆有立方结构(Me、Si)X相的切削工具立方氮化硼基刀片，其中Me为元素Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和Al中的一种或多种，并且X为元素N、C、O或B中的一种或多种。

EP 0588350公开了一种在刀体上的Ti-Si-N复合材料硬质层，使用蒸镀处理Ti_aSi_b组合物的来源而沉积所述层，并且a在75-85原子％范围内且b在15-25原子％范围内。

也已经通过施加不同概念的多层而获得涂层优化，如：交替的含Ti和Al的层(US 6,309,738)、含氧和不含氧的层(US 6,254,984)，堆叠多层中的由其自身由多层组成的一个层(US 6,077,596)，交替的氮含量(US 5,330,853)或使用一种亚稳化合物(US 5,503,912)，或如非周期性的多层(US 6,103,357)。

已经通过在TiN-或TiAlN-基涂层中引入Si来实现热稳定性和硬度的进一步改进。JP 2000-334607公开了一种具有包含TiSi(层a)和TiAl(层b)化合物的叠层的涂覆工具。所述(a)层选自包含10％＜Si＜60％具有NaCl型晶体结构的氮化物、碳氮化物、氧氮化物和氧碳氮化物。层(b)选自包含40％＜Al＜75％具有NaCl型晶体结构的氮化物、碳氮化物、氧氮化物和氧碳氮化物。隔一个层或多个层交替施加(a)层和(b)层并且(b)层正好位于基材表面上。

EP 1939327公开了一种包含给予改进的抗月牙洼磨损和侧面磨损的硬质涂层的切削工具，所述涂层包含非周期性的多层X+Y+X+Y+…，并且X和Y层的平均层厚度在0.1至100nm之间且具有平均化学组成Al_aTi_bSi_cCr_dC_eN_1-e，其中0＜a＜0.5，0.1＜b＜0.9，0.01＜c＜0.17，0≤d＜0.06，a+b+c+d＝1，且0≤e＜1。

为了环境保护的干法加工的趋势，即不使用切削液(润滑剂)的金属切削操作，和随改进的工艺而加快的加工速度，由于工具切削刃温度增加，而对工具材料的特性提出了甚至更高的要求。特别是，在高温下涂层的稳定性，例如抗氧化性和耐磨性已经变得更加重要。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种在高温下产生在金属切削应用中改进的性能的涂覆切削工具。

本发明的另一目的是提供一种具有改进的刀刃完整性的涂覆切削工具。

已经发现在立方氮化硼基切削工具刀刃上结合分别基于纳米叠层涂层结构中的(Ti、Si)N和(Ti、Al)N层，由于增加的抗月牙洼磨损、耐侧面磨损和刀刃完整性，尤其是在产生高的工具温度的高速加工操作中，显著改进了工具寿命。

附图说明

图1：显示Ti_0.38Al_0.62N/Ti_0.86Si_0.14N纳米叠层结构的断裂横截面的扫描电子显微镜(SEM)图。

图2：显示在具有(a)Ti_0.86Si_0.14N单层和(b)Ti_0.38Al_0.62N/Ti_0.86Si_0.14N纳米叠层结构的硬化钢的情况下，车削24分钟后的切削刃实施例的扫描电子显微镜(SEM)图。

发明内容