[发明专利]用于金属加工的PVD涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨涂层，该耐磨涂层适于沉积在用于切屑形成金属加工的切割刀具刀片上。涂层包括至少两个层，所述至少两层具有不同的粒度，但具有本质上(essentially)相同的成分。涂层通过物理气相沉积(PVD)而沉积。

背景技术

现代切屑形成金属加工增加的生产率需要具有高可靠性和优良耐磨特性的刀具。自20世纪60年代末期起，能够通过将合适的涂层涂覆到刀具表面而显著地延长刀具寿命就已经是众所周知的了。化学气相沉积(CVD)是第一种用于切割刀具的沉积技术，并且该方法仍然被广泛地用于沉积TiN、Ti(C，N)和Al₂O₃层。物理气相沉积(PVD)在20世纪80年代引入，并从那时起发展成从稳定金属化合物如TiN或Ti(C，N)的沉积到通过诸如溅射或阴极电弧蒸发之类的方法的、包括多种成分、亚稳化合物如(Ti，Al)N，(Ti，Si)N，或(Al，Cr)N的沉积。这些涂层的性能针对特定的应用进行优化，并且因此这些涂层的性能其在各自的应用领域之外就显著降低。例如，具有约5-30nm的典型粒度的细粒度涂层通常用于具有小切屑厚度的端铣刀，而随着在使用可转位刀片的铣削和车削应用中，切屑厚度和温度升高，具有约50-500nm的典型粒度的粗粒度涂层通常表现突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在从很小到很大切屑厚度范围内的广阔应用领域中具有高加工性能的涂层。

本发明涉及一种适于沉积在用于切屑形成金属加工的切割刀具刀片上的耐磨涂层。根据本发明的涂层包含至少两个层，所述至少两个层具有本质上相同的成分，但具有不同的粒度。涂层具有广阔的应用领域，所述应用领域的范围从采用端铣刀的精加工到利用可转位刀片的中等精度加工或粗加工。涂层是通过物理气相沉积而沉积的。

附图说明

图1显示了根据本发明的涂层的断裂横截面的扫描电子显微镜图像(SEM)。涂层包括两个双层(图中标记为D)，每个双层均包括一个细粒度涂层(标记A)和一个粗粒度涂层(标记B)。

具体实施方式

本发明涉及一种用于切屑形成金属加工的切削刀具的耐磨PVD涂层。涂层包括一个或更多个D双层，其中每一个D双层由一个内B层和一个外A层构成，A层在没有中间层的情况下沉积在B层上。层A和层B具有本质上相同的成分，但不同之处在于其平均粒宽w_A和w_B，使得w_A＜w_B。层的粒宽w是在层的中间沿着垂直于晶粒生长方向的线跨越至少20个晶粒的破裂横截面扫描电子显微镜(SEM)图像上估算出来的。对于具有本质上相同的化学成分，这里意味着：A和B层从相同的阴极沉积而来，并且由于A层和B层沉积的工艺条件的不同，最终形成的A层和B层具有相同的化学元素，但每一种元素的原子含量(不包括氮)可能在近似±3at％单位内变化，而氮含量在每个D双层内是恒定的。

在每一个D双层内，优选的是，A层是细粒度的且2＜w_A＜50nm，B层具有粗晶粒且大致柱状晶粒，且30＜w_B＜500nm，并且w_B/w_A＞2。A层的厚度在0.03μm和5μm之间，优选在0.05μm和2μm之间，并且B层的厚度在0.1μm和5μm之间，优选在0.2μm和2μm之间。D双层的数量在1和100之间，优选在1到20之间，最优选在1和10之间。所有D双层的总厚度在0.3μm到20μm之间，优选在0.5μm到10μm之间。A层和B层之间的或D双层之间的过渡(transition)优选为突变或渐变，但是涂层还能够在D双层之间包括一个或更多个中间层，以实现在0.5μm到20μm之间的厚度。

本发明还涉及一种包括一个或更多个D双层的涂层，且在至少一个所述D双层中，粒度从粗粒度连续减小到细粒度。然后D双层被分成具有粗粒度和细粒度的两个层部分，并且这些层部分被分别定义为层A和层B。

根据本发明的涂层还可以包括如在本领域中已知的、被设置在基底和最里面的D双层之间的内侧单层和/或内侧多层，和/或被设置到最外面的D双层上的外侧单层和/或外侧多层，以实现在0.5μm到30μm之间，优选在0.5μm到15μm之间，最优选在0.5μm到10μm之间的总涂层厚度。

在一个优选实施例中，涂层包括一个D双层。

在另一优选实施例中，涂层包括两个D双层。