[发明专利]晶界工程化的α-氧化铝涂层切削工具

说明书

发明领域

本发明涉及切削工具刀片，其由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢或超硬材料例如立方氮化硼（CBN）的基底和由一个或多个耐火层组成的硬涂层组成，在所述耐火层中，至少一层为α-Al₂O₃层，且涉及制造所述切削工具刀片的方法。

背景技术

晶界对材料性质例如晶粒生长、蠕变、扩散、电学性质、光学性质和最后但并非最不重要的机械性质具有显著的影响。有待考虑的重要性质例如为晶界在材料中的密度、界面的化学组成和结晶学织构，即晶界面取向和晶粒取向差（misorientation）。重位点阵（CSL）晶界起到特殊的作用。CSL晶界的特征在于多重性指数∑，该多重性指数∑定义为在晶界处相遇的两种晶粒的晶格点密度与当重叠两种晶格时重位的位点的密度之间的比率。对于简单结构，通常容许具有低∑值的晶界具有低界面能和特殊性质的趋势。因此，可以考虑控制特殊晶界的比例和自CSL模型推出的晶粒取向差的分布，这对陶瓷的性质和增强这些性质的方法是重要的。

近年来，已经形成了称为电子背散射衍射（EBSD）的基于扫描电子显微镜（SEM）的技术，并且已经将其用于研究在陶瓷材料中的晶界。EBSD技术基于由背散射电子产生的Kikuchi型衍射图的自动分析。该方法的综述由以下文献提供：D.J.Prior、A.P.Boyle、F.Brenker、M.C.Cheadle、A.Day、G.Lopez、L.Peruzzo、G.J.Potts、S.M.Reddy、R.Spiess、N.E.Timms、P.W.Trimby、J.Wheeler、L.The application of electron backscatter diffraction and orientation contrast imaging in the SEM to textural problems in rocks（对在岩石中的织构问题应用在SEM中的电子背散射衍射和取向衬度成像），Am.Mineral.84(1999)1741-1759。对于待研究材料的各晶粒，在检索相应衍射图之后确定结晶取向。可用的商业软件通过使用EBSD相对不复杂地完成织构分析以及晶界特征分布（GBCD）的确定。对界面应用EBSD允许对于边界的大样品群表征晶界的取向差。通常，取向差分布与材料的加工条件相联系。经由常规的取向参数例如欧拉角（Euler angle）、角/轴对或罗德里格斯矢量（Rodriquez vector），获得晶界取向差。将CSL模型广泛用作表征工具。在过去十年间，已经形成了称作晶界工程（GBE）的研究领域。GBE旨在通过研发更佳工艺条件来增强晶界的结晶学且以此方式获得更佳的材料。EBSD近来已经用于表征硬涂层，参见H.Chien、Z.Ban、P.Prichard、Y.Liu、G.S.Rohrer，“Influence of Microstructure on Residual Thermal Stresses in TiC_xN_1-x and alpha-Al₂O₃Coatings on WC-Co Tool Inserts”(微观结构对在WC-Co工具刀片上的TiC_xN_1-x和α-Al₂O₃涂层中的残留热应力的影响)，Proceedings of the17th Plansee Seminar2009（编者：L.S.Sigl、P.Rodhammer、H.Wildner，Plansee Group，奥地利）第2卷，HM42/1-11。