化学汽相淀积涂层切削刀片及其制造方法技术

一种用于切屑形成材料去除作业的涂层切削刀片，其中所述的涂层切削刀片具有一个基材和所述基材上的一个涂层方案。所述涂层方案包括一层CVD过渡涂层。所述涂层方案还包括一个具有多次涂层应用的CVD多层涂层方案。每一次涂层应用包括一层氧化铝涂层和一层含氮涂层。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及化学汽相淀积(CVD)涂层切削刀片及其制造方法。
技术介绍
本专利技术涉及一种涂层切削刀片，尤其涉及一种利用化学汽相淀积(CVD)方法进行涂层、可运用于加工、车削和铣削等切屑形成材料去除应用中的涂层切削刀片，及其制造方法。更具体地说，本专利技术涉及一种CVD涂层切削刀片，它包括在其上面采用涂层方案的基材，其中此涂层方案包括多个涂层，每个涂层采用多层涂层方案，它包括多次的重复涂层应用。每次涂层应用包括一层氧化铝涂层和一层含氮物质涂层(例如钛氮氧化铝或氮化钛或二氮化锆)，通过此涂层方案，即采用CVD方法，实现更高的韧性、良好的抗裂性、可接受的粘结性能、可接受的防磨损性能和可接受的刀刃完整性，以及一种制造此涂层切削刀片的方法。迄今为止，涂层切削刀片等涂层体在切屑形成材料去除应用中已得到应用。这种涂层切削刀片一般包括切削刀片几何形状的基材和在所述基材上的涂层方案。由所述涂层方案组成的涂层一般包括具有防磨损性能的硬质耐火材料。在切削刀片上使用涂层的一个主要目的在于延长切削刀片在材料去除应用中的使用寿命。以下文档介绍了部分典型的使用硬质耐火材料的涂层方案：欧洲专利申请号1 245 698 B1(Mitsubishi Materials Corp.)，欧洲专利申请号1 455 003 A2(Sandvik AB)，欧洲专利申请号1 980 649 B1(Iscar Ltd.)，美国公开专利申请号US2012/0202032(Tatsuoka等)，美国公开专利申请号US2013/0045057(Kojima等)，美国专利号7,132,153(Zackisson等)，美国专利号7,396,371(Cedergren等)，美国专利号7,455,918(Gates、Jr.等)，美国专利号7,470,296(Londholm等)，美国专利号7,597,951(等)，美国专利号7,727,592(Cedergren等)，美国专利号7,785,665(Gates、Jr.等)，美国专利号8,080,312(McNerny等)，美国专利号8,080,323(Ban等)，美国专利号8,323,783(Sottke等)，美国专利号8,557,406(Ban等)，Chinchanikar
等人，“高速加工硬化AISI 4340钢过程中单层和多层涂层硬质合金刀片的磨损行为”，《机械科学与技术杂志》，27(5)，(2013年)，第1451页-第1459页，和Halvarsson等人，“CVDκ-Al2O3多层的微观结构和性能”，《材料科学与工程》，A209(1996年)，第337页-第344页。从上述文档可以明显看出，过去涂层切削刀片采用了许多不同的涂层方案。根据这些文档，这些涂层方案中的每一个方案都应该有其各自的某些优点。即便这些涂层方案都有其各自的某些优点，但是仍需要提供一种不仅能够延长涂层切削刀片的使用寿命，而且能够改善涂层切削刀片在材料去除应用中的性能特点的涂层方案。此外，仍需要提供一种改进的涂层切削刀片，其涂层方案能够拥有高韧性，实现更佳的刀刃完整性，尤其是经常中断的车削和铣削作业。另外，仍需要提供一种改进的涂层切削刀片，其涂层方案包括多层涂层方案，从而在所述涂层方案中更好地抑制无论是由于机械应力或是热循环导致的裂纹增大和扩展。再者，仍需要提供一种改进的涂层切削刀片，其包括一层过渡涂层，用于提升所述多层涂层方案的成核和粘附能力。因此，极有必要提供一种改进的涂层切削刀片及其制造方法，其中所述切削刀片在材料去除应用中非常有用。极有必要提供一种改进的涂层切削刀片及其制造方法，其中所述切削刀片在材料去除应用中非常有用，其中所述切削刀片在这类应用中用于延长刀具使用寿命。极有必要提供一种改进的涂层切削刀片及其制造方法，其中所述切削刀片运用于材料去除应用中，其中，所述涂层切削刀片在这类应用中具有改进的性能特征。极有必要提供一种改进的涂层切削刀片及其制造方法，其中所述切削刀片在材料去除应用中非常有用，其中所述涂层切削刀片在这类应用中采用的涂层方案能够拥有高韧性，实现更佳的刀刃完整性，尤其是经常中断的车削和铣削作业。极有必要提供一种改进的涂层切削刀片及其制造方法，其中所述切削刀片在材料去除应用中非常有用，其中，所述涂层切削刀片在这类应用中采用的涂层方案包括多层涂层方案，从而在所述涂层方案中更好地抑制无论是由于机械应力或是热循环导致的裂纹增大和扩展。极有必要提供一种改进的涂层切削刀片及其制造方法，其中所述切削刀片在材料去除应用中非常有用，其中，所述涂层切削刀片包括一层过渡涂层，用于提升所述多层涂层方案的成核和粘附能力。
技术实现思路
从其中一种形式来看，本专利技术涉及一种用于切屑材料去除作业的涂层切削刀片。所述涂层切削刀片包括一个基材和在所述基材上的一个涂层方案。所述涂层方案包括一种通过化学汽相淀积方法而淀积的背面涂层方案，其中背面涂层方案在所述基材的表面上。过渡涂层通过化学汽相淀积方法淀积在背面涂层方案的表面上。多层涂层方案包括多次涂层应用，它通过化学汽相淀积方法淀积在过渡涂层的表面上。每一次涂层应用包括一层采用α氧化铝晶体结构的氧化铝涂层和一层采用含氮涂层晶体结构的含氮涂层。氧化铝晶体结构不同于含氮涂层晶体结构，相邻氧化铝涂层与含氮涂层之间有一个明显边界。从另一种形式来看，本专利技术涉及一种制造涂层切削刀片的方法，它包括如下步骤：提供一个基材；采用化学汽相淀积方法涂覆过渡涂层；采用化学汽相淀积方法在过渡涂层上应用多层涂层方案，其中多层涂层方案包括多次涂层应用，其中每次涂层应用的步骤包括：首先涂覆一层氧化铝涂层，涂层淀积参数保持不变，其中氧化铝涂层采用α氧化铝晶体结构；然后通过涂覆一层采用含氮涂层晶体结构的含氮涂层，中断氧化铝涂层的涂覆，其中含氮涂层晶体结构不同于α氧化铝晶体结构，从而在氧化铝涂层与含氮涂层之间形成一个明显边界。附图说明以下为构成本专利申请一部分的附图的简要介绍：附图1示意了一种涂层切削刀片的等距视图，如图所示，所述涂层切削刀片的基材应用了涂层方案，其中，为了露出基材，涂层方案的一部分已被移除；附图2示意了一种涂层切削刀片的第一个具体实施例的横断面视图，如示意图所示，所述基材和所述涂层采用了所述涂层方案；附图3示意了一种涂层切削刀片的涂层方案的第二个具体实施例的横断面视图，如示意图所示，所述基材和所述涂层采用了所述涂层方案；附图4示意了一种涂层刀片的横断面视图的显微照片(比例10μm)，图中示意了在硬质合金基材上的背面涂层方案之上淀积的多个涂层应用形成的鲜明分层。附图5示意了一种涂层切削刀片的第四个具体实施例的横断面视图，如示意图所示，所述基材和所述涂层采用了所述涂层方案；附图6A示意了一种专利技术的磨损涂层切削刀片的横断面的显微照片(比例500μm)，其中所述显微照片上的某个区域被指定为“6B/C”；附图6B示意了附图6A中被指定为6B/C的区域的显微照片(比例100μm)；附图6C示意了附图6A中被指定为6B/C、但相对于附图6B旋转且包含涂层标签的区域的显微照片(比例100μm)；附图7A示意了一种传统磨损涂层切削刀片的横断面视图的显微照片(比例500μm)，其中所述显微照片上的某个区域被指定为“7B\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于切屑材料去除作业的涂层切削刀片，所述涂层切削刀片组成包括：一个基材和在所述基材上的一个涂层方案；所述涂层方案包括：一种通过化学汽相淀积方法而淀积的背面涂层方案，所述背面涂层方案在所述基材的表面上；一层通过化学汽相淀积方法而淀积的过渡涂层，所述过渡涂层在背面涂层方案的表面上；和一种通过化学汽相淀积方法而淀积的多层涂层方案，它包括多次涂层应用，所述多层涂层方案在所述过渡层的表面上；和每一次涂层应用包括一层采用α氧化铝晶体结构的氧化铝涂层和一层采用含氮涂层晶体结构的含氮涂层，所述氧化铝晶体结构不同于含氮涂层晶体结构，为此，相邻氧化铝涂层与含氮涂层之间有一个明显边界。

【技术特征摘要】
2015.04.20 US 14/690,6311.一种用于切屑材料去除作业的涂层切削刀片，所述涂层切削刀片组成包括：一个基材和在所述基材上的一个涂层方案；所述涂层方案包括：一种通过化学汽相淀积方法而淀积的背面涂层方案，所述背面涂层方案在所述基材的表面上；一层通过化学汽相淀积方法而淀积的过渡涂层，所述过渡涂层在背面涂层方案的表面上；和一种通过化学汽相淀积方法而淀积的多层涂层方案，它包括多次涂层应用，所述多层涂层方案在所述过渡层的表面上；和每一次涂层应用包括一层采用α氧化铝晶体结构的氧化铝涂层和一层采用含氮涂层晶体结构的含氮涂层，所述氧化铝晶体结构不同于含氮涂层晶体结构，为此，相邻氧化铝涂层与含氮涂层之间有一个明显边界。2.根据权利要求1所述涂层切削刀片方面，对于每次涂层应用，氧化铝涂层的厚度介于约0.05μm与约0.7μm之间，含氮涂层的厚度介于约0.01μm与约0.5μm之间。3.根据权利要求1所述涂层切削刀片方面，其中所述多层涂层方案的厚度介于约1μm与约15μm之间。4.根据权利要求1所述涂层切削刀片方面，其中所述背面涂层方案包括一层厚度达到约2μm的最内的氮化钛涂层和一层厚度介于约1μm与约18μm之间的中间MT碳氮化钛涂层以及一层由氮化钛涂层或一层HT碳氮化钛涂层组成的最外涂层。5.根据权利要求4所述涂层切削刀片方面，其中所述最外涂层包括所述HT碳氮化钛涂层。6.根据权利要求1所述涂层切削刀片方面，对于每次涂层应用，所述氧化铝涂层比含氮涂层更接近所述基材。7.根据权利要求1所述涂层切削刀片方面，其中所述基材包括含钨硬质合金，组成如下：约89.8重量百分比到约92.3重量百分比的碳化钨、约5.7重量百分比到约11.5重量百分比的钴、多达约3.0重量百分比的钽、多达约2重量百分比的钛、多达约2.4重量百分比的铌和多达约0.80重量百分比的铬。8.根据权利要求1所述涂层切削刀片方面，其中所述涂层方案还包括在所述多层涂层方案上的外涂层方案9.根据权利要求8所述涂层切削刀片方面，其中所述外涂层方案包括一层氧碳氮化钛涂层。10.根据权利要求1所述涂层切削刀片方面，其中所述过渡涂层包括钛、氧、碳和氮。11.根据权利要求1所述涂层切削刀片方面，其中所述含氮涂层由IVb组的一个或者多个元素和铝和/或碳、氮和氧的一个或多个组成。12.涂层切削刀片的制造方法步骤如下：提供基材；通过化学汽相淀积方法涂覆过渡涂层；通过化学汽相淀积方法将多层涂层方案应用到所述的过渡涂层上，其中所述多层涂层方案包括多次涂层应用，其中每次涂层应用的步骤包括：涂覆一层氧化铝涂层，但不改变涂层淀积参数，其中所述氧化铝涂层采用α氧化铝晶体结构；和通过涂覆采用含氮涂层晶体结构的含氮涂层，中断所述氧化铝涂层的涂覆，其中所述含氮涂层晶体结构不同于α氧化铝晶体结构，为此，氧化铝涂层与含氮涂层之间形成一个明显边界。13.根据权利要求12所述方法方面，对于每次涂层应用，氧化铝涂层的厚度介于约0.05μm与约0.7μm之间，含氮涂层的厚度介于约0.01μm与约0.5μm之间。14.根据权利要求12所述方法方面，其中所述多层涂层方...

【专利技术属性】
技术研发人员：R库珀，P莱克特，Y刘，Z刘，
申请(专利权)人：肯纳金属公司，
类型：发明
国别省市：美国;US