[发明专利]切削工具及其制造方法

说明书

本发明公开了一种切削工具及其制造方法，包括基底和涂覆在基底上的单层或多层涂层，单层或多层涂层中至少包括一层(Al_xSi_yTi_1‑x‑y)N涂层，其中，x≥0.70，0y≤0.1。本发明切削工具涂覆的(Al_xSi_yTi_1‑x‑y)N涂层，在保证涂层高铝的同时，由于Si元素的掺入，形成非晶包裹纳米晶结构，细化了涂层组织，提高了涂层高温硬度，在不降低涂层抗氧化性的同时，提升了涂层的耐磨性。

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种切削工具及其制造方法。

背景技术

现代制造业正在向高效、环保方向发展，随着高速、干式切削加工所占比例越来越高，对切削工具的性能的要求也越来越高。现今，传统的硬质合金切削工具的性能已经不能适应高速、干式切削加工了。于是，各种各样的在硬质合金工具上涂覆涂层以提高其切削性能的技术相继被开发。为了满足高速、干式切削加工的需求，实现更好的性能，涂层的成分越来越复杂，涂层的结构也由原来简单的单一涂层发展成形式多样的复杂结构。

在切削工具上涂覆涂层，可以采用PVD方法。专利CN1845808A提供了一种表面被覆切削工具，该切削刀具采用PVD方法制备被覆层，所述被覆层包含Ti,Al,Si,N等元素，通过Si等元素的加入，使得涂层硬度达到了20-80Gpa，大大提高了涂层的耐磨性。添加Si元素之后，涂层最显著的变化是微观组织结构——柱状晶的组织结构被调控成非晶态的Si_xN_y包覆纳米级fcc-AlTiN结构，进而可以显著提升涂层的硬度。然而，PVD方法制备的包含Ti、Al、Si、N等元素的涂层中，Al含量不可能超过67％，否则会产生六方相的AlTiN，因此采用PVD方法限制了涂层抗氧化能力的提高。

采用低压CVD方法可以制备铝含量高于67％的包含AlTiN的涂层，由于该种涂层具有PVD制备的AlTiN涂层所不具备的高铝，故能显著提升涂层的服役性能。

专利CN101952480B提供了一种fcc-AlTiN含量大于50％且随厚度增加而增加的CVD涂层及其制造方法。该专利以TiCl₄为钛源，AlCl₃为铝源，NH₃为氮源，制备AlTiN涂层。使用该方法可以制备Al含量大于67％的fcc-AlTiN涂层，对比PVD制备的AlTiN涂层，该涂层具有更高的抗磨损性能。

专利CN106457413A提供了一种耐崩刃，耐磨损的包覆切削工具。该切削工具表面包覆有使用CVD方法制备的Al含量大于60％的AlTiN涂层。根据该专利，其制备的AlTiN涂层为(111)取向的柱状组织，并且，在AlTiN晶粒中，Ti和Al呈现周期性变化。

专利CN201680034811公开了一种具有晶界析出物的AlTiN涂层，该涂层采用CVD方法制备。根据该专利，在涂层沉积之后，在750-900℃温度下，进行退火1-6小时，使得fcc-TiAlCN涂层中的晶界处产生含hcp-AlN的TiAlCN析出物，且剩余fcc晶体结构含量大于85％。该专利在干式加工以及在使用冷却液的加工条件下都表现出了更好的耐磨性和抗梳状裂纹的能力。

综上所述，通过现有技术可以得出这样的结论：采用PVD方法，在fcc-AlTiN掺入硅元素可以制备包含Ti、Al、Si、N等元素的涂层，但由于Al含量不能超过67％，因此限制了涂层抗氧化性和耐磨性的提高。采用CVD方法可以制备高铝的fcc-AlTiN涂层，但由于该涂层为亚稳相结构，在长时间的高温切削下容易发生条幅分解，生成hcp-AlTiN，导致涂层硬度下降，耐磨性降低。

发明内容

为解决现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的一个目的在于提供具有高硬度，高耐磨性，高韧性和高抗氧化性的切削工具。

本发明的另一目的在于提供上述切削工具的制造方法。