[发明专利]一种带涂层的切削刀具及其制造方法

说明书

本发明公开了一种带涂层的切削刀具，包括：刀具基体，以及在所述刀具基体上形成的涂覆层；所述涂覆层具有多层结构，从内至外依次包括：至少一层过渡层和至少一层周期性涂层，所述涂覆层采用化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(PVD)沉积形成；所述过渡层为TiN或TiC涂层；所述周期性涂层由TiC_aN_1‑a层和(Al_xSi_yTi_1‑x‑y)N层交替沉积形成。还提供了一种带涂层切削刀具的制造方法。本发明的目的在于提供一种带涂层的切削工具及其制作方法，该涂层具有多层化结构，结合了AlTiSiN和TiCN薄膜的优点，同时具备TiCN涂层的高韧性和AlTiSiN涂层的高硬度及抗高温氧化性，制备的涂层性能稳定，耐磨损能力强，适用不同类型的切削刀具。

技术领域

本发明属于硬质涂层领域，尤其涉及一种带涂层的切削刀具及其制造方法。

背景技术

现代制造业正在向高效、环保方向发展，高速、干式切削加工所占比例越来越高，对刀具的性能正不断的提出更高的要求。普通硬质合金刀具已经不能满足现代制造业的发展趋势。于是，各种各样的涂层硬质合金刀具相继被开发出来并成功的应用于现代制造业。涂层的发展方向主要分两类：一类是涂层成分中添加各类过渡族金属元素，从而提高涂层本身的高温硬度；二类是调整涂层结构，原来简单的单一涂层发展成形式多样的复杂结构，这样的设计可以大幅提高涂层的耐磨性。例如：普通多层涂层、纳米周期调制结构多层涂层、梯度涂层、纳米复合结构涂层等。

近年来，具有纳米复合结构的PVD AlTiN涂层逐渐成为涂层硬质合金刀具行业研究的热点，该类涂层具有优异的力学性能(硬度、弹性模量等)、热稳定性能、抗氧化性能、耐磨损性能和服役性能等。

AlTiSiN涂层是在AlTiN涂层的基础上发展起来的，为了获得更高的切削效率和更长的刀具使用寿命，人们通过添加各种元素来改善AlTiN涂层的结构和性能，添加Si元素后，涂层最显著的变化是微观组织结构——柱状晶的组织结构调控成纳米复合结构(非晶态的Si3N4薄膜包覆纳米级fcc-TiN晶粒)，该结构下的AlTiSiN涂层，显微硬度可见明显提高，AlTiSiN涂层起始氧化温度可达到850℃-900℃。

目前成熟的是基于物理气相沉积(PVD)的方法制备的AlTiSiN涂层，但是采用化学气相沉积(CVD)方法制备涂层硬质合金刀具仍然是企业生产的重要途径，而且CVD方法具有以下优点：可以制备较厚的涂层、涂层表面质量高、基体与涂层结合强度高、成本较低。一般采用(PVD)方法制备的AlTiSiN涂层为了避免产生六方相的AlTiN结构，用(PVD)方法制备的AlTiSiN涂层Al含量不能超过60％，这就限制了其抗氧化能力的提高。而(CVD)方法制备的AlTiSiN涂层不受该限制，其Al含量可以超过70％。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带涂层的切削工具及其制作方法，该涂层具有多层化结构，结合了AlTiSiN和TiCN薄膜的优点，同时具备TiCN涂层的高韧性和AlTiSiN涂层的高硬度及抗高温氧化性，制备的涂层性能稳定，耐磨损能力强，适用不同类型的切削刀具。

本专利方案提供一种带涂层的切削刀具，包括：刀具基体，以及在所述刀具基体上形成的涂覆层；所述涂覆层具有多层结构，从内至外依次包括：至少一层过渡层和至少一层周期性涂层，所述涂覆层采用化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(PVD)沉积形成；所述过渡层为TiN或TiC涂层；所述周期性涂层由TiC_aN_1-a层和(Al_xSi_yTi_1-x-y)N层交替沉积形成。

进一步地，所述周期性涂层由内至外呈现从所述TiC_aN_1-a层到所述(Al_xSi_yTi_1-x-y)N层的周期性变化，周期为1-50。