涂层切削刀片制造技术

本发明专利技术公开了一种特别适合干铣灰口铸铁的涂层刀片，其特征在于它包括ＷＣ－Ｃｏ硬质合金基体和包括含有柱状晶粒的ＴｉＣｘＮｙＯ↓［２］最里层和细晶粒α－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］层的外层的涂层。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别适合干铣灰口铸铁的涂层刀具(硬质合金刀片)。一般来讲，灰口铸铁是一种可用硬质合金刀具容易加工的材料。通常，都能获得长的使用寿命。然而，铸铁的可切削性变化很大。由于材料中化学组成的细微变化可以导致刀具使用寿命的明显变化，而这种材料组成的变化可能是与所用铸造技术，如冷却条件有关。其它的影响因素有铸造表面和砂类夹杂物(如果有的话)，甚至用来切削材料的机器的稳定性也是一个影响因素。众所周知，铸铁的可切削性在一个批料和另一批料之间是有差别的。人们一直期望在工业化大生产中有可靠和稳定的使用寿命的刀具，尤其在使用无人管理的生产中。当用涂层铣刀来切削灰口铸铁时，切刀主要是通过所谓的粘着磨损机制而磨损。也就是说，在形成的加工工件切屑作用下，涂层及后来一部分硬质合金的碎块或晶粒会从切削刃上掉下。当沿切削刃及垂直切削刃方向形成有约50μm的裂纹时(通常称为梳形裂纹(comb cracks))，这种磨损机制还会加剧。这是由于所有铣削通常都是间歇切削而引起的热疲劳的结果。因此，工业上硬质合金铣刀片通常都含有γ相，它是一种WC—TiC—TaC—NbC的固溶体，以减轻热作用磨损机制。一旦涂层被磨掉，下面的硬质合金就会很快磨损。这将产生更大的切削力。经过一段时间，形成的梳形裂纹将会引起切削刃的严重崩裂，而损坏的刀具将产生差的加工表面或导致被切削件的碎裂。主要为粘着磨损机制的切削加工对涂层和硬质合金均有很高的要求。人们期望硬质合金能够在尽可能长的时间内防止梳形裂纹的形成，而且涂层与硬质合金结合紧密。此外，还希望在切屑和涂层之间有低的粘着力，并且涂层有高的内部强度(粘结强度)，这点是很重要的。现已惊奇地发现，在本文所指的基体的纯WC—Co硬质合金上面，形成第一层/内层主要由柱状晶粒的TiCxNyOz层构成的柱状晶粒涂层结构，并在外面形成柱状的织构细晶粒α—Al2O3层后，具有很高的性能，尤其在铣削铸铁的情况下。事实上，这种刀具比现有技术的刀具性能好得多。附图说明图1是根据本专利技术的涂层刀片放大5000倍的显微照片，其中A——基体B——等轴晶粒的TiCxNyOz层C——柱状晶粒的TiCxNyOz层D——等轴或针状晶粒的TiCxNyOz层E——柱状晶粒的(012)织构α—Al2O3层根据本专利技术，提供了一种刀片，它有WC—Co组合物的硬质合金基体，组合物含有3—15，优选3—12，最优选5—8wt％Co，并且WC晶粒尺寸为1—2μm，优选约为1.5μm。此外，基体还可包括不超过2wt％的选自周期表中第IVb，Vb或VIb族金属的立方碳化物，如TiC、TaC和NbC。但是，纯WC＋Co组合物是优选的。涂层包括——第一层(最里层)TiCxNyOz，x＋y＋z＝1，优选z＜0.5，其厚度为0.1—2μm，晶粒为小于0.5μm的等轴晶粒，——第二层TiCxNyOz，x＋y＋z＝1，优选z＝0，x＞0.3，y＞0.3，其厚度为2—10μm，最好4—7μm，晶粒是直径约＜5μm，优选＜2μm的柱状晶粒，——第三层TiCxNyOz，x＋y＋z＝1，z≤0.5，优选z＞0.1，其厚度为0.1—2μm，晶粒是尺寸≤0.5μm的等轴或针状晶粒，该层与最里层可以相同也可以不同，和——一层厚度为2—10μm，优选3—6μm的光滑、有织构的细晶粒(粒径约1μm)α—Al2O3层作为外层，在0.25mm的测量长度内表面粗糙度(Ra)小于0.3μm。优选地，这层α—Al2O3是最外层，但它外面还可有别的层，例如现有技术中已知的薄(约0.1—1μm)的装饰层(如TiN层)。此外，α—Al2O3层优选的晶体生长取向可以是(012)-，(104)—，或(110)—方向，优选为(012)—方向，织构方向是用X射线衍射(XRD)测定的。织构系数TC定义如下TC(hkl)=I(hkl)IO(hkl){1nΣI(hkl)IO(hkl)}-1]]>其中I(hkl)＝测得的(hkl)衍射峰强度I0(hkl)＝ASTM标准粉末衍射数据中(hkl)的标准强度n＝计算中所用衍射峰数目，所用的衍射峰有(012)，(104)，(110)，(113)，(024)，(116)根据本专利技术，对于(012)、(104)或(110)晶面族的TC大于1.3，优选大于1.5。根据本专利技术的方法，WC—Co基基体通过以下步骤得以涂覆——使用已知的CVD方法涂覆第一层(最里层)TiCxNyOz，其中x＋y＋z＝1，优选z＜0.5，其厚度为0.1—2μm，晶粒为尺寸＜0.5μm的等轴晶粒，——通过MTCVD技术(在700—900℃温度下用乙腈作碳源和氢源进行沉积)或高温CVD技术(1000—1100℃)沉积第二层TiCxNyOz，其中x＋y＋z＝1，优选z＝0，x＞0.3，y＞0.3，其厚度为2—10μm，优选4—7μm，晶粒是直径约＜5μm，优选＜2μm的柱状晶粒，沉积工艺条件选择为能够生长柱状晶粒的层，即通常为高的工作压力(0.3—1巴)。但是，确切的条件由所用仪器的设计参数而定。——使用已知的CVD方法，再沉积一层TiCxNyOz，其中x＋y＋z＝1，z≤0.5，优选z＞0.1，其厚度为0.1—2μm，晶粒为尺寸≤0.5μm的等轴或针状晶粒，这层可以和最里层相同，也可以不同。——根据瑞典专利501527或瑞典专利申请9304283—6或9400089—0沉积一层厚度为2—10μm，优选3—6μm的光滑织构的α—Al2O3外层，在0.25mm测量长度下表面粗糙度(Ra)小于0.3μm。当希望得到z＞0的TiCxNyOz层时，向反应混合气体中加入CO2和/或CO。实施例1A)使用MTCVD技术(工作温度850℃)，在组成为6％Co和平衡量的WC的TNEF1204AN—65型和SEKN1204AZ型硬质合金铣刀上沉积0.5μm厚的等轴晶粒TiCN层，再沉积一层5μm厚的柱状晶粒的TiCN层。在同一个涂覆周期的后续步骤中，沉积一层1μm厚的等轴晶粒的TiCxNyOz(约x＝0，6，y＝0.2和z＝0.2)层；然后根据瑞典专利501527中给出的条件沉积一层4μm厚的(012)织构的α—Al2O3层。XRD测量结果显示织构系数TC(012)为1.5。涂覆之后，通过湿法喷砂磨光刀片。B)通过高温CVD技术(1020℃，工作压力400毫巴)在TNEF1204AN—65型硬质合金铣刀上涂覆一层1μm厚的等轴晶粒TiCN层，再沉积一层5μm厚的柱状晶粒的TiCN层。在同一涂覆周期的后续步骤中，沉积一层1μm厚的等轴晶粒的TiCxNyOz(约x＝0.6，y＝0.2和z＝0.2)层，再根据瑞典专利501527中给出的条件沉积一层4μm厚的(012)织构的α—Al2O3层。XRD测量结果显示织构系数TC(012)为1.6。涂覆之后，通过湿法喷砂磨光刀片。C)按照A)中的步骤，涂覆组成为5.5％Co和8.5％立方碳化物及平衡量WC的TNEF1204AN-65型硬质合金铣刀。涂覆后，通过湿法喷砂磨光刀片。D)根据现有技术，对由C)中同一批硬质合金铣刀涂履一层5μm厚的等轴晶粒TiCN层和4μm厚的Al2O3层，得到的层为粗晶粒α-Al2O3和细晶粒K—Al2O3的混合物。并用湿法喷砂本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括基体和涂层的用于铣削灰口铸铁的刀片，其特征在于所述基体由ＷＣ，３－１５重量％Ｃｏ和≤２重量％选自周期表中第Ⅳｂ、Ⅴｂ或Ⅵｂ族金属的碳化物组成，并且所述涂层包括－第一层（最里层）ＴｉＣｘＮｙＯｚ层，其厚度为０．１－２μｍ，晶粒是尺寸＜ ０．５μｍ的等轴晶粒，－厚度为２－１０μｍ的ＴｉＣｘＮｙＯｚ层，晶粒是直径约＜５μｍ的柱状晶粒，－厚度为０．１－２μｍ的ＴｉＣｘＮｙＯｚ层，晶粒是尺寸≤０．５μｍ的等轴或针状晶粒，－厚度为２－１０μｍ的光滑、织构、细晶粒的α－Ａ ｌ↓［２］Ｏ↓［３］层的外层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B奥尔森，B扬伯格，
申请(专利权)人：桑德维克公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]