[发明专利]切削工具用硬涂膜

说明书

本发明涉及包括通过化学气相沉积法形成的MT‑TiCN层和α‑氧化铝层的硬涂层。本发明的切削工具用涂膜为由硬材料构成并在切削工具的基材上形成的涂膜。所述涂膜包含：TiCN层；和形成于所述TiCN层上的α‑氧化铝层，并且所述α‑氧化铝层特征在于：在进行利用XRD的Psi摇摆分析期间，(006)平面的主峰位于20度至40度之间，所述α‑氧化铝层的残留应力为‑0.9GPa～0.4GPa；所述TiCN层由TiC_xN_yO_z(x+y+z≤1,x0,y0,z≥0)组成；C/(C+N)的组成比大于或等于0.4且小于0.5；TC(220)/TC(422)的比值小于0.45；且TC(220)/TC(422)的比值小于0.45。

技术领域

本发明涉及通过使用化学气相沉积法形成的切削工具用硬涂层，更具体地涉及包括TiCN层和α-氧化铝层的切削工具用硬涂层，通过控制α-氧化铝层的晶体生长(纹理)以及形成于α-氧化铝层之下的TiCN层的晶粒尺寸、组成和/或晶体生长(纹理)，所述硬涂层具有改善的耐碎裂性(chipping resistance)和耐磨性。

背景技术

通常，为了改善耐磨性，在切削工具的表面上形成硬涂层之后使用切削工具用烧结碳化物，所述硬涂层通过化学气相沉积法(下文称为“CVD”)或物理气相沉积法(下文称为“PVD”)形成。

同时，在高硬度材料的高速加工过程中，切削工具的切削边缘暴露于约1000℃的高温环境，且切削边缘不仅因接触工件所导致的摩擦和氧化而磨耗，而且受到诸如急动(jerk)等机械冲击。因此，实质上要求切削工具具有韧性同时具有适当的耐磨性。

通常，硬涂层由单层或多层非氧化物类薄膜(例如，TiN、TiC或TiCN)、具有优异抗氧化性的氧化物类薄膜(例如，Al₂O₃)或其混合层构成。非氧化物类薄膜的实例包括周期表中IV、V和VI族金属元素的碳化物、氮化物或碳氮化物，例如TiN、TiC或TiCN，而氧化物类薄膜的实例代表性地包括α-Al₂O₃或κ-Al₂O₃。

同时，诸如周期表中IV、V和VI族金属元素的碳化物、氮化物或碳氮化物等非氧化物类薄膜的主要缺点在于抗氧化性差，而这一问题主要通过在非氧化物类薄膜上层压具有优异抗氧化性的氧化物薄膜(例如氧化铝(Al₂O₃))然后进行多层涂覆来解决。

然而，由于其中非氧化物薄膜和氧化物薄膜以多层形成的薄膜具有薄膜间的较差粘附性，在其中形成高温环境的切削过程中薄膜之间机械强度易于变得不稳定，且特别是在其材料(例如，轴承钢、镍铬钢或冷锻钢)本身具有高粘性(韧性)的工件的加工期间，更加要求非氧化物薄膜和氧化物薄膜之间的粘附性。

在氧化物类薄膜中，κ-Al₂O₃的优点在于具有与非氧化物类薄膜的良好粘附性且以相对低的温度形成，但其限制在于可能因切削所致的高温而发生κ-相转变为α-相的相变，而这种相变导致约6％至8％的体积收缩和裂纹，由此导致Al₂O₃薄膜脱层的现象。

与此相比，由于α-Al₂O₃在高温是稳定的相，α-Al₂O₃的优点在于在切削过程中不会导致相变的情况下展示出优异的耐磨性，但其限制在于为了直接用α-Al₂O₃涂覆非氧化物类薄膜，需要约1040℃的高温，而在此情况下形成的α-Al₂O₃与位于α-Al₂O₃下方的非氧化物类薄膜之间的粘附性降低。