带有保护层系的刀具制造技术

本发明专利技术提出了一种具有一刀体和一耐磨层系的刀具，所述耐磨层系包括至少一层ＭｅＸ。Ｍｅ包括钛和铝，Ｘ是氮或碳。刀具是高速钢（ＨＳＳ）或烧结型硬质合金，但不是整体硬质合金端铣刀及整体硬质合金球头铣刀。在这里，在ＭｅＸ层中，被定义为Ⅰ（２００）与Ⅰ（１１１）衍射强度之比的商Ｑ↓［Ｉ］被选择得≥１，其中Ⅰ（２００）与Ⅰ（１１１）是在材料Ｘ射线衍射中采用θ－２θ法分别指定给（２００）和（１１１）平面的值。另外，Ⅰ（１１１）至少是平均声强级的２０倍，这些数值都是采用清楚限定的装置及其设定参数而测得的。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本说明书包括附件A本专利技术关于一种带有刀体和保护层系的刀具，保护层系在这里包括至少一层MeX，其中-Me包括钛和铝；-X至少是氮和碳中的一种。定义·术语QI被定义为I(200)与I(111)的衍射强度比，在采用θ-2θ方法的情况下，分别规定(200)平面和(111)平面在一材料的X衍射中具有上述衍射强度。因此，QI＝I(200)/I(111)。利用以下设备和设定参数来测量强度值西门子衍射计D500功率工作电压30千伏工作电流25毫安孔径光阑光阑位置I1°光阑位置II0.1°探头光阑Soller缝隙时间常量4秒2θ角速度 0.05°/分放射线 Cu-Kα(0.15406nm)当我们提到“根据MS测量”时，我们是指该设备和这些设定参数。因此，本申请中的所有QI和I的数值结果都是根据MS测得的。·我们把“刀体”理解为未镀覆的刀具。·我们把“硬质材料”理解为为了耐磨而给在工作中承受很高机械力和热负荷的刀具镀覆上的材料。以下将这样的材料的优选例子称为MeX材料。在刀具保护领域内，众所周知的是，镀覆上包括至少一层如被定义为MeX的硬质材料的耐磨层系。本专利技术的目的是显著延长这样的刀具的寿命。通过为所述的至少一层硬质材料选择QI值来达到上述目的，为此QI≥1。刀体在这里为高速钢或烧结型硬质合金，而不是整体硬质合金端铣刀或整体硬质合金球头铣刀。另外，当根据MS测量时，数值I(200)比平均声强级高至少20倍。根据本专利技术已经认识到，如果这样的刀具是所指的这类型的刀具，则所述QI值导致了耐磨性能令人吃惊地提高，由此延长了刀具寿命。迄今为止，无论刀体材料与刀具在工作中所受的机械负荷和热负荷之间是如何相互作用的，都镀覆由MeX硬质材料构成的耐磨层系。因此，本专利技术基于这样的事实，即认识到，当有选择地将指定QI值与所指类型的刀具结合起来时，耐磨性能令人吃惊地得到了提高，由此实现了I(200)比平均声强级高至少20倍，两者数值都是根据MS测量的。关于本专利技术的对烧结的硬质合金刀体涂覆层，业已被承认，如果这种烧结的硬质合金刀具为镶嵌刀，钻头或切齿刀具，如滚刀或成形刀，则在刀具寿命方面有极大的改善，其中对于镶嵌刀或钻头之类来说则特别明显。如果QI被选择成至少为2，则更加提高了本专利技术的改进效果，而且甚至通过将QI选择成至少为5，则获得了更好的改进效果。如果QI至少为10，则达到最大的改进效果。必须说明的是，如果涂层材料根据当趋于零的衍射强度I(111)时的一个衍射强度I(2000)而获得了独特的晶体取向，则QI可以无限增加。因此，没有给只来自实践的QI设定任何上限。如本领域普通技术人员所知道的那样，层硬度与层应力之间存在着内在联系。应力越高，硬度就越高。而且，在应力增加的情况下，涂层与刀体的粘结会减弱。对于本专利技术的刀具来说，高粘结性比可能有的最高硬度更为重要。因此，MeX层中的应力有利地被选择为以下所述的应力范围的下极限。这些考虑实际上限制了可利用的QI值。在本专利技术刀具的一个优选实施例中，刀具的MeX材料是氮化钛铝、碳氮钛铝或硼氮化钛铝，因此与硼氮化钛铝相比，目前优选前两种材料。在本专利技术刀具的另一个实施例中，涂层材料MeX的Me可能还包括硼、锆、铪、钇、硅、钨、铬中的至少一种元素，因此在这些族外地，最好采用钇和/或硅和/或硼。这样的除钛铝外的附加元素被加入涂层材料中且其含量最好为i，为此，0.05at.％(原子百分比)≤i≤60at.％，其中认为Me为100at.％。在至少一层MeX的完全不同的实施例中，通过将一个厚为d的氮化钛附加层加入MeX层和刀体之间而获得了更大的改善，为此，0.05微米≤d≤5微米。就要提出一种能够成本尽可能低并因而最经济地制造的本专利技术刀具的总专利技术目的而言，还提出了刀具只有一层MeX材料和沉积在MeX层与刀体之间的附加层。另外，MeX层中的应力σ最好被选择为1GPa≤σ≤4GPa，并且最好是1.5GPa≤σ≤2.5Gpa。钛在Me层的Me成分中的含量x最好选择为70at.％≥x≥40at.％，在一个更好的实施例中，上述含量范围为65at.％≥x≥55at.％。另一方面，铝在MeX材料的Me成分中的含量y最好选择为30at.％≤y≤60at.％，在一个更佳的实施例中，上述含量范围为35at.％≤y≤45at.％。在另一个更优选的实施例中，这两种范围即与钛和铝有关的范围均被满足。尤其是镀覆MeX层可以是通过任何已知的真空沉积技术实现的，而且尤其是通过反应性的PVD镀覆技术实现的，如通过反应阴极电弧蒸发或反应溅射方式。通过适当地控制影响涂层生成的工艺参数，获得了专利技术所用的QI范围。为获得优异的且可重复的涂层对刀体的粘结性，作为准备性的步骤并且在附件A所述的氩等离子的基础上采用了等离子蚀刻技术，就这样的蚀刻和和后续镀覆工序来说，这篇文献作为参考被引入本文。这篇文献与本申请的专利技术人(两个专利技术人)和申请人相同的美国申请08/710095一致。例1如表1所示进行操作地使用一台采用附件A所述的磁控弧源电弧离子镀覆装置，以便将表1所列的MeX层沉积到烧结的硬质合金镶片。MeX镀层的厚度总是为5微米。因此，在第1-7号样品中获得了本专利技术所述的QI值，而为了对比，在第8-12号样品中，没有满足这一条件。I(200)值总是明显地比平均声强值高20倍，它们都是根据MS测量得到的。镀覆的镶片被用于在下述状况下进行铣削，结果发现可获的直到分层的铣削。根据这种刀具寿命而获得的铣削距离也在表1中示出了。表1 实验切削条件-被切除材料 SKD61(HRC45)-切削速度 100米/分-推进速度 0.1米/刃-切削深度 2毫米被涂覆及试验的镶片的形状符合SEE 42 TN(G9)显然可以从表1中认识到，根据本专利技术的具有涂层的镶片明显比按照对比例条件镀覆的镶片更不易分层。此外，样品7的结果清楚表明，该层的应力和硬度降低了，导致比高QI值(22.5)预期切削距离要低，但仍满足以上所定义的应力要求。例2根据例1而被用于镀覆的装置也被用于镀覆表2的第13-22号样品。总的涂层的厚度再次为5微米。除了例1所述的涂层外，还可以看到如表2所列的在MeX层和刀体之间镀覆了一个氮化钛、中间层和各自材料的最外层。根据MS测量的与I(200)有关的条件和平均声强级基本得到满足。表2 </tables>可以注意到，在MeX层和刀体之间的中间层已经导致了进一步的改善。通过镀覆一个由碳氮化钛、氧氮化钛铝中的一种材料构成的最外层而获得了进一步改善，并且尤其是通过镀覆氧化铝最外层而获得上述改善。另外，可以看到，与对比例的第19-22号样品相比地通过实现了本专利技术所述的QI值，获得了明显改善。0.5微米厚的氧化铝最外层是通过等离子CVD形成的。上述烧结的硬质合金镶片在与例1相同的切削条件下接受实验，并根据MS测量QI。例3另外，用例1的装置给烧结的硬质合金镶片镀覆上表3所示的MeX层，这仍然如本专利技术所述地满足了QI条件并远远满足了与平均声强级有关的I(200)条件。由此，以上述数量在Me中加入锆、铪、钇、硅、铬。镀覆过的镶片在空气烘箱中保持在750℃约30分钟以便氧化。随后测量所形成的氧化层厚度。在表3中列出了测量结果。为了对比，也对按照本专利技术地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有一刀体和一耐磨层系的刀具，所述耐磨层系包括至少一层ＭｅＸ，其中： －Ｍｅ包括钛和铝； －Ｘ至少是氮和碳中的一种， 以及其中所述层具有一个Ｑ↓［Ｉ］值 Ｑ≥１ 和所述的刀体由下述之一的材料组成； －高速钢（ＨＳＳ）； －烧结型硬质合金； 所述刀具为非整体硬质合金端铣刀和非整体硬质合金球头铣刀： －其中在都是根据ＭＳ测量的情况下，Ｉ（２００）值至少是平均声强级的２０倍。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：H布伦德勒，N施马，
申请(专利权)人：尤纳克西斯巴尔策斯公司，
类型：发明
国别省市：LI[列支敦士登]