[发明专利]用于金属机械加工的PVD涂层

说明书

本发明涉及适合沉积在用于芯片成形金属机械加工的切削工具刀片（cutting tool inserts）上的耐磨涂层。该涂层包含具有不同晶粒粒度(grain size)但具有基本相同组成的至少两层。通过物理气相沉积法（PVD）沉积该涂层。

现代芯片成形金属机械加工中的提高的生产率需要具有高可靠性和优异耐磨性的工具。已知的是，自60年代末以来，可通过在工具表面上施加合适的涂层来显著改进工具寿命。化学气相沉积（CVD）是用于切削工具的最初沉积技术，这种方法仍常用于沉积TiN、Ti(C,N)和A1₂O₃层。在80年代引入物理气相沉积（PVD）并从那时起已从稳定金属化合物如TiN或Ti(C,N)的沉积发展到包括通过溅射或阴极电弧蒸发之类的方法沉积多组分的亚稳化合物，如(Ti,Al)N、(Ti,Si)N或(Al,Cr)N。针对具体用途优化这些涂层的性质，因此涂层性能在它们各自的应用领域外显著降低。例如，具有大约5-30纳米典型晶粒粒度的细粒涂层在具有极小芯片厚度的端铣（end milling）中得到典型应用，而具有大约50-500纳米典型晶粒粒度的粗粒涂层在使用可转位刀片(indexable insert)的铣削（milling）和车削(turning)应用中通常优异，因为芯片厚度和温度提高。

本发明的一个目的是提供在从极小到大芯片厚度的宽应用范围内具有高机械加工性能的涂层。

本发明涉及适于沉积在用于芯片成形金属机械加工的切削刀片上的耐磨涂层。本发明的涂层包含具有基本相同组成但具有不同晶粒粒度的至少两层。该涂层具有从使用端铣刀(end mills)的精加工到使用可转位刀片的中等或粗加工的宽应用范围。通过物理气相沉积法沉积该涂层。

附图简述

图1显示本发明的涂层的断裂横截面扫描电子显微术（SEM）图像。该涂层含有两个细粒层（标作A）和两个粗粒层（标作B）。

发明详述

本发明涉及用于芯片成形金属机械加工切削工具的耐磨PVD涂层。该涂层包含至少一个A层和至少一个B层，其中A和B具有基本相同的化学组成，但它们的平均粒宽（grain width）W_A和W_B彼此不同，以致W_A < W_B。在跨越至少20个晶粒的断裂横截面扫描电子显微（SEM）图像上沿层中心与生长方向垂直的线评估层的粒宽w。基本相同的化学组成在此意味着由相同阴极沉积A和B层。由于沉积A和B层的工艺条件的差别，所得A和B层含有相同化学元素，但各元素的原子含量在大约±3 at.%单位内不等。

优选地，各A层是2 < W_A < 50纳米的细粒，各B层具有30 < W_B < 500纳米的粗和基本柱状晶粒，且W_B/W_A > 2。各A层的厚度为0.03至5微米，优选0.05至2微米，且各B层的厚度为0.1至5微米，优选0.2至2微米。A和B层数为2至200，优选 2至40，最优选2至20。所有A和B层的总厚度为0.3至20微米，优选0.5至10微米。A和B层之间的过渡优选为突变或渐变，但该涂层还可在A和B层之间包含一个或多个中间层达到0.5-20微米的厚度。

本发明还涉及包含在细和粗晶粒粒度之间连续变化的一个或多个层的涂层。A和B层随后分别被定义为具有细和粗晶粒粒度的所选层部分，其中各层部分垂直于生长方向并具有至少0.1微米厚度，且其中评估平均粒宽。

本发明的涂层可进一步包含位于基底和第一A或B层之间的如本领域中已知的内单层和/或内多层，和/或位于最后一个A或B层上的外单层和/或外多层，达到0.5-30微米，优选0.5-15微米，最优选0.5-10微米的总涂层厚度。