[发明专利]一种涂层切削刀具及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂层切削工具，特别是涉及一种涂层切削刀具及其制作方法。

背景技术

干式切削及高速加工是近年来切削技术发展的主要方向，干式切削由于其良好的环境亲和性，高速切削由于能提高加工效率和降低成本，在切削加工中的应用越来越广泛，但由于它们的切削过程中产生大量的热，造成刀具刃部温度剧烈升高，因而对刀具材料的特性特别是表面涂层材料提出了更苛刻的要求。

工具上常用的TiN涂层因其较低的抗氧化温度及低硬度已经无法满足切削加工技术持续发展的需求。TiN涂层在600℃以上易氧化生成TiO₂，在涂层应力作用下导致氧化层剥落使涂层失效。与TiN涂层相比，后续开发出的TiAlN涂层由于Al的加入，Al原子置换TiN中部分的Ti原子形成TiAlN固溶体，高温下Al元素向表面扩散形成一层致密的Al₂O₃保护膜，可明显提高涂层的高温抗氧化性和高温硬度。当涂层中的铝含量超过某一临界值时，结晶的稳定性变差，其晶体由B1-NaCl型面心立方结构变为B4-ZnS型六方结构，面心立方结构的TiAlN涂层具有良好的综合性能，而转变为六方结构后机械性能将会急剧变差。

CN101200797A公开了一种切削不锈钢用的PVD纳米多层涂层，其特征是：纳米多层涂层由TiN层、（Ti_x，Al_1-x）N、（Ti_y，Al_1-y）N和（Ti_x，Al_1-x）N交替沉积在硬质合金基体上组成，其中，0.5＜x＜1,0.3＜y＜0.5，涂层总的厚度控制在2～6um，TiN层厚度控制在2～8nm，（Ti_x，Al_1-x）N单层厚度控制在1～5nm，（Ti_y，Al_1-y）N单层厚度控制在1～5nm。多层涂层中由于引入了TiN，在高温条件下可能会引起整体性能的降低。

CN101318230A公开了一种带涂层的硬质合金切削刀具刀片，所述涂层为均匀的Al_xTi_1-x层，其中x=0.6-0.67。涂层厚度为1.2μm至3.6μm。其涂层中的Al含量过高，高温相变后会引起某些加工过程中刃口抗冲击能力的下降。

JP3003986公开了一种切削刀片，涂层包括TiAlN，TiAlCN，其特点为X线衍射图谱上反射峰强度值比（220）/（111）为1以上。

JP3382781公开了一种切削刀具，其表面涂层由Ti含量为75-98at%的一层和Ti含量为20-65at%的层交互叠加构成，前者的X线衍射图谱上反射波峰（200）/(111)强度比1以下，后者的X线衍射图谱上反射波峰（200）/(111)强度比1以上。

以上的技术已经不能满足不断发展的切削加工工艺对刀具切削刃的耐磨性和抗冲击性的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种涂层切削刀具及其制作方法，通过使用Ti基（Ti_1-aMe_a）X涂层为主要功能层，含有特定的固溶金属元素Me，使其拥有独特的结晶方式及结晶形态，从而能大幅改善涂层切削工具的耐磨性和抗冲击性的平衡性，提高切削加工的刀具或刀片寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种涂层切削刀具，包括基体和基体上涂覆的单层或多层涂层；所述基体为硬质合金、金属陶瓷或高速钢材料制作而成；所述单层或多层涂层，所述涂层为（Ti_1-aMe_a）X涂层，其中，Me为化学元素Al、Cr、Zr、Si、Hf、Nb、W和Ta的其中一种或几种，X为化学元素N、C、O和B的其中一种或几种，a在0.2到0.6之间，利用X射线衍射在θ/2θ几何构成检测多晶立方相的存在，在衍射图谱上所述涂层特征表现为仅有一个明显的立方相反射波峰,波峰位于以2θ为横坐标的40度至45度之间，且波峰与背景比例P在大于1.2小于3之间,其余涂层立方相反射峰的波峰与背景比例P值小于1.2或波峰未能检出。

所述涂层在衍射图谱上表面为反射波峰宽化，反射波峰半幅全宽在0.8度2θ以上。

所述硬质合金材料中，是以WC为主成分，并含有6wt%至13wt%的Co,和含有0.1wt%至0.5wt%的Cr，其中，WC颗粒平均大小为0.5μm至2.5μm之间。