涂层切削刀具及其制造方法技术

本发明专利技术涉及涂层切削刀具及其制造方法，用于金属加工，该刀具同时具有匀质层涂层的耐磨性和多层涂层的韧性，该刀具包括：第一（Mec1，Mec2）（C，N，O）层；第二（Med1，Med2）（C，N）层；和在第一和第二层之间的（Mee1，Mee2）（C，N，O）夹层，其中Mec1、Med1、Mee1是在过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，而Mec2是过渡金属族IV-VI中的元素中的一种，Med2和Mee2是过渡金属族IV-VI中的元素和Y中的一种，且该夹层具有不同于第一层和第二层的组分。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，用于金属加工，该刀具同时具有匀质层涂层的耐磨性和多层涂层的韧性，该刀具包括：第一（Mec1，Mec2）（C，N，O）层；第二（Med1，Med2）（C，N）层；和在第一和第二层之间的（Mee1，Mee2）（C，N，O）夹层，其中Mec1、Med1、Mee1是在过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，而Mec2是过渡金属族IV-VI中的元素中的一种，Med2和Mee2是过渡金属族IV-VI中的元素和Y中的一种，且该夹层具有不同于第一层和第二层的组分。【专利说明】本申请是申请号为200710199339.9、申请日为2007年12月17日的名称为“涂层切削刀具”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于金属加工的涂层切削刀具，例如用于进行车削、铣削或钻削的刀架系统中的刀片，或者整体刀具如钻具或者端铣刀，该涂层切削刀具具有硬质合金或者金属陶瓷主体和耐熔涂层，从而使得该刀具具有良好的耐磨性、韧性和切削刃抗碎裂性倉泛。
技术介绍
在金属切削工业中，一直力求提高生产率，并且要求更高的切削速度和进给量，同时具有延长的刀具寿命。为了满足这些要求，刀具材料研制主要集中在提高刀具韧度和耐磨性方面。通过利用物理气相沉积PVD或者化学气相沉积CVD技术沉积耐磨涂层，与未涂覆的刀具相比，能够显著地提高耐磨性。通过应用优化的、更厚的匀质PVD层涂层已经实现了对涂层切削刀具的重要改进。然而，随着层厚度增加，在耐磨性方面的良好效果被一种增强的不利效果抵消，该不利效果的表现形式为提高的涂层剥离危险和降低的韧度，从而使得切削刀具的可靠性降低。刀具通常具有至少一个切削刃，在此处将切屑从工件分离。切削刃将刀具的两个刀面分开:前刀面和间 隙面。这种切削刃经常遭受碎裂问题或者断裂。这可能是由于涂层中的裂纹而导致发生的，裂纹可能存在于涂覆的刀具中或者由例如断续切削过程引起。抗断裂或碎裂性是作为刀具韧性所经历的，并且这可通过选择涂层并且控制其微观结构来影响。受控微观结构的例子有多组分合成物的层状(laminar)超晶格涂层，例如周期TiN + VN、TiN + NbN或者TiN + AlN薄层结构，如在EP0701982和EP0592986中所公开的。EP0983393公开了交替的金属氮化物或者碳化物层的非周期多层涂层，其中与匀质涂层相比，多层微观结构提供提高的涂层韧性。虽然涂层韧性提高，涂层刀具的一种最常见的失效模式涉及切削刃的断裂和碎裂
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种涂层切削刀具，该涂层切削刀具同时具有匀质层涂层的耐磨性和多层涂层的韧性。本专利技术的另一个目的在于提供这样一种涂层切削刀具，与以前可以达到的厚度相比，它具有更大的涂层厚度，由此进一步增强耐磨性而不降低刀具韧度。本专利技术提供一种用于金属加工的涂层切削刀具，包括硬质合金或者金属陶瓷主体，在该主体上应用了 PVD涂层，其特征在于，所述涂层具有2.0-20 μ m的厚度，并且包括:H-(Mecl7Mec2) (C，N，O)层，其中存在元素C、N和O中的一种或多种，Meel和Mec2是不同的元素，并且其中Meca是过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，并且Mee2是过渡金属族IV-VI中的元素和Y中的一种，该层具有1.0-4.5μπι的厚度，第二 (Medl，Med2) (C，N)层，其中存在元素C和N中的一种或多种，Medl和Med2是不同的元素，并且其中Medl是过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，并且Med2是过渡金属族IV-VI中的元素和Y中的一种，该层具有0.5-4.5 μ m的厚度，和在第一层和第二层之间的(Meel，Mee2) (C，N，O)层，其中Meel是可选的，并且存在元素C、N和O中的一种或多种，Meel和Mee2是不同的元素，Meel与Mee2的原子比率为0-0.3，并且其中Meel是过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，并且Mee2是过渡金属族IV-VI中的元素和Y中的一种，该层具有0.1-1.0ym的厚度，其中在第一层和第二层之间的层的厚度小于第一层和第二层中的最薄厚度的0.5倍，并且在第一层和第二层之间的层具有不同于第一层和第二层的组分。本专利技术还提供一种一种制造涂层切削刀具的方法，其特征在于，包括提供一种硬质合金或金属陶瓷主体，在该主体上通过本领域已知的PVD技术沉积硬质和耐磨的2.0-20 μ m的涂层，该涂层包括:H-(Mecl,Mec2) (C，N，0)层，其中存在元素C、N和O中的一种或多种，Meel和Mec2是不同的元素，并且其中Meca是过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，并且Mee2是过渡金属族IV-VI中的元素和Y中的一种，该层具有1.0-4.5μπι的厚度，第二(Medl，Med2) (C，N)层，其中存在元素C和N中的一种或多种，Medl和Med2是不同的元素，并且其中Medl是过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，并且Med2是过渡金属族IV-VI中的元素和Y中的一种，该层具有0.5-4.5 μ m的厚度，和在第一层和第二层之间的(Meel，Mee2) (C，N，O)层，其中Meel是可选的，并且存在元素C、N和O中的一种或多种，Meel和Mee2是不同的元素，Meel与Mee2的原子比率为0-0.3，并且其中Meel是在过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，并且Mee2是过渡金属族IV-VI中的元素和Y中的一种，该层具有0.1-1.0ym的厚度，其中层的厚度小于第一层和第二层中最薄厚度的0.5倍，并且层具有不同于第一层和第二层的组分。【专利附图】【附图说明】图1和图2示出根据本专利技术的示例性涂层切削刀具的断裂截面的电子扫描显微镜(SEM)显微图，其中:a-硬质合金主体b-涂层C-第一层d-第二层e-在位于层c和层d之间的夹层d’ -第二层e’ -位于层d和层d’之间的夹层【具体实施方式】已经令人惊讶地发现，对于具有包括金属氮化物、金属碳氮化物、金属氧化物或者金属碳氧氮化物(carbooxynitride)的第一层和金属氮化物或者金属碳氮化物的第二层的PVD涂层的切削刀具而言，切削刃碎裂得以抑制，其中在第一层和第二层之间夹有金属氮化物、金属碳氮化物、金属氧化物或者金属碳氧氮化物层，并且该夹层薄于并且成分不同于第一和第二层。因此，在给定的金属切削操作中，可以使用更硬的并且因此更加耐磨的主体以及更厚的涂层，而不降低整体韧性或切削刃安全性。根据本专利技术，提供一种用于金属加工的涂层切削刀具，该涂层切削刀具包括主体a，该主体由硬质合金或者金属陶瓷制成，其上涂覆有附着的、硬质的和耐磨的PVD涂层b，该涂层具有2.0-20 μ m、优选3.0-8.0ym的厚度，所述涂层包括:第一硬质和耐磨耐熔(Meel，Mee2) (C，N，O)层C，其中存在元素C、N和O中的一种或多种，Meel和Mee2是不同的元素，并且其中Meel是在元素周期表的过渡金属族IV-VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，优选为Al、Zr、V、Nb、Si和Ti，更优选为Al和Si的一种或多种，最优选为Al，并且M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属加工的涂层切削刀具，包括硬质合金或者金属陶瓷主体，在该主体上应用了PVD涂层，其特征在于，所述涂层具有2.0‑20μm的厚度，并且包括：第一（Mec1，Mec2）（C，N，O）层（c），其中存在元素C、N和O中的一种或多种，Mec1和Mec2是不同的元素，并且其中Mec1是过渡金属族IV‑VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，并且Mec2是过渡金属族IV‑VI中的元素和Y中的一种，该层（c）具有1.0‑4.5μm的厚度，第二（Med1，Med2）（C，N）层（d），其中存在元素C和N中的一种或多种，Med1和Med2是不同的元素，并且其中Med1是过渡金属族IV‑VI中的元素、Al和Si中的一种或多种，并且Med2是过渡金属族IV‑VI中的元素和Y中的一种，该层（d）具有0.5‑4.5μm的厚度，和在第一层（c）和第二层（d）之间的（Mee1，Mee2）（C，N，O）层（e），其中Mee1是可选的，并且存在元素C、N和O中的一种或多种，Mee1和Mee2是不同的元素，Mee1与Mee2的原子比率为0‑0.3，并且其中Mee1是过渡金属族IV‑VI中的元素、Al和Si中的一种，Mee2是过渡金属族IV‑VI中的元素和Y中的一种，该层（e）具有0.1‑1.0μm的厚度，其中在第一层（c）和第二层（d）之间的层（e）的厚度小于第一层（c）和第二层（d）中的最薄厚度的0.5倍，并且在第一层（c）和第二层（d）之间的层（e）具有不同于第一层（c）和第二层（d）的组分，并且在所述第一层（c）和所述第二层（d）之间的所述层（e）具有绝对值<600MPa的残余应力，该残余应力是压缩残余应力或拉伸残余应力，并且所述第二层（d）具有>1000MPa的残余压缩应力。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔比约恩·塞林德，马茨·阿尔格伦，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE