[发明专利]含多周期氧化物层的复合涂层切削刀具

说明书

本发明公开了一种含多周期氧化物层的复合涂层切削刀具，包括刀具基体和沉积在该刀具基体上的复合涂层，该复合涂层包括：氮化物底层、CrAlON过渡层、在过渡层上由CrAlO层和AlCrO层交替沉积形成的多周期氧化物层，且CrAlO层和AlCrO层共格外延生长。本发明的含多周期氧化物层的复合涂层切削刀具隔热和抗氧化性能优异，且硬度较高、涂层之间及涂层与刀具基体之间结合强度高、耐冲击韧性好并改善了抗裂纹扩展性能，实现了热稳定性、抗高温氧化性、耐磨性以及涂层韧性的协同提升，特别适用于高速切削的复合涂层切削刀具。

技术领域

本发明属于金属切削加工领域，具体涉及一种切削刀具，尤其涉及一种带有PVD氧化物多层复合涂层的切削刀具。

背景技术

在切削刀具表面沉积高耐磨性和抗氧化性涂层可以大幅提高刀具的使用寿命并且满足高速、高效等恶虐加工条件需要。目前TiAlN涂层、CrAlN涂层、TiAlSiN涂层、CrAlSiN涂层其多层涂层由于具有良好的硬度和抗氧化性能及综合使用性能，是目前应用较为广泛的PVD涂层材料。随着切削技术的发展及被加工材料要求，对切削刀具涂层提出了更加苛刻的要求。近年来，许多研究都报道了在上述传统的涂层中添加其它元素，如Cr,Zr,V,Mo,W,B,Hf等，涂层的性能也会得到进一步提升，但是上述研究成果及应用都集中在PVD涂层氮化物涂层体系。Al₂O₃是切削刀具CVD涂层材料的重要组层部分，由于氧化物涂层不会被氧化的独特性质，其具有优异的抗高温氧化和隔热效果，在CVD涂层切削刀具领域获得了广泛的应用和关注，特别是高温稳定钢玉结构Al₂O₃涂层的制备越来越成为主流。因此发展新的PVD氧化物涂层技术，提升现有PVD氮化物涂层抗高温性能成为了从事刀具涂层研究工作者所追求的目标。

早在1982年Shinzato等人发表了论文采用射频溅射技术高达900℃条件下在硬质合金切削工具表面采用射频溅射制备了氧化铝涂层。Knotek等人1993年的论文中也描述了使用Al₂O₃的PVD涂层用于磨损防护，其中Al₂O₃层沉积在碳氮化物层上的最表面。

美国专利文献6210726中公开了氧化铝涂层的切削刀具，其氧化物多晶为γ相晶体结构，并具有400或440晶体取向。

美国专利文献5310607中公开了PVD方法沉积的含有大于5％Cr元素的氧化铝涂层，其中当Cr元素含量大于20％的氧化铝涂层中可以发现大于20GP硬度和具有α相晶体结构，对于不添加Cr元素则呈现出无定型结构的氧化铝涂层。

中国专利文献CN 101522950B介绍了一种用于涂覆工件的PVD层体系，其包括至少一层组成为(Me1_1-xMe2_x)₂O₃的多元氧化物的混晶层。

上述文献中通过PVD方法制备了氧化铝或多元复合氧化物涂层，较过去氮化物涂层提升了抗高温氧化性能，但是另一方面制备的氧化物涂层硬度值不高、韧性较差、晶体结构高温稳定性不够，在实际的应用中容易造成涂层在高温冲击磨损环境下涂层的过早破损失效，因此在刀具切削服役的特定工况条件下综合性能提升也十分有限。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种隔热和抗氧化性能优异、且硬度较高、涂层之间及涂层与刀具基体之间结合强度高，特别适用于高速切削的复合涂层切削刀具。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

含多周期氧化物层的复合涂层切削刀具，包括刀具基体和沉积在所述刀具基体上的复合涂层，所述复合涂层包括：氮化物底层、CrAlON过渡层、在过渡层上由CrAlO层和AlCrO层交替沉积形成的多周期氧化物层，且所述CrAlO层和AlCrO层共格外延生长。