用H-ALN层和TI1-XAlXCYNZ层的涂覆的切削刀具制造技术

一种涂覆的切削刀具，其包括由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢或立方氮化硼制成的基底以及多层耐磨涂层，其中，所述多层耐磨涂层具有5μm至25μm的总厚度并且包括通过化学汽相沉积(CVD)或中温化学汽相沉积(MT‑CVD)沉积的耐火涂层，并且所述多层耐磨涂层包括至少一对层(a)和(b)，层(b)紧挨着沉积在层(a)的顶上，其中，层(a)是具有六方晶体结构的氮化铝(h‑AlN)的层，且厚度为10nm至750nm，并且层(b)是由通式Ti1‑xAlxCyNz表示的氮化钛铝或碳氮化钛铝的层，其中，0.4

Cutting Tools Coated with H-ALN Layer and TI1-XAlXCYNZ Layer

A coated cutting tool includes a base made of cemented carbide, ceramics, ceramics, steel or cubic boron nitride and a multi-layer wear-resistant coating, wherein the multi-layer wear-resistant coating has a total thickness of 5 to 25 microns and includes resistance to deposition by chemical vapor deposition (CVD) or medium temperature chemical vapor deposition (MT_CVD). The multilayer wear-resistant coating comprises at least one pair of layers (a) and (b), and the layer (b) is deposited on the top of the layer (a), in which the layer (a) is a layer of aluminum nitride (h_AlN) with hexagonal crystal structure, and the thickness is 10 to 750 nm, and the layer (b) is a layer of titanium aluminium nitride or titanium aluminium nitride represented by the general formula Ti1_xAlxNz. Among them, 0.4

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用H-ALN层和TI1-XAlXCYNZ层的涂覆的切削刀具
本专利技术涉及一种切削刀具刀片，该切削刀具刀片由涂覆的切削刀具构成，该切削刀具包括由硬质合金、金属陶瓷，陶瓷、钢或立方氮化硼制成的基底以及通过化学汽相沉积(CVD)或中温化学汽相沉积(MT-CVD)沉积在上面的多层耐磨涂层，并且该多层耐磨涂层包括至少一层TiAlN或TiAlCN。
技术介绍
通常由通过CVD或PVD技术沉积的硬质耐火涂层改进切削刀具的耐磨性。已知多晶结构的涂层相对于基底表面以优先的结晶取向(纤维织构)生长。优先结晶取向(纤维织构)可取决于若干因素，诸如，涂层组成、成核和沉积条件，沉积表面等。已知的是，涂层的优先结晶取向可能对涂覆的切削刀具的机械和切削性能具有显着影响。例如，已经描述了具有优先结晶取向的α-Al2O3涂层(其中结晶平面{001}垂直于基底表面生长)，在许多切削应用中表现出优异性能。优先结晶取向(纤维织构)可以由层生长条件引起，这可能由于动力学或热力学原因而有利于沿着某些结晶方向(生长织构)生长，或者它可以由结晶取向或者底层或基底的结构引起(通过取向附生的织构)。通过选择合适的工艺条件控制CVD涂层中的优先结晶取向(纤维织构)已得到很好的建立，特别是对于最常涂敷的涂层组成，诸如Ti(C,N)、TiAl(C,N)或α-Al2O3。确定优先结晶取向(纤维织构)的参数可以是反应气体和/或催化剂气体的选择和流量比。JP2014-128837公开了一种表面涂覆的切削刀具，其被描述为在高速间歇切削中发挥改进的抗崩刃性和抗缺陷性。硬质涂层通过CVD沉积并且包括其中0.80≤x≤0.95和0.005≤y≤0.05的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层。(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层的总厚度为1至20μm，并且该层沿其厚度被其中0.50≤x≤0.70且0.005≤y≤0.05的、Al含量较低的多个1-10nm的薄的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)分层中断。分层在层厚度方向上以每1μm层厚度10至50层的密度而存在，并且分层在CVD沉积工艺中通过在工艺气体混合物中施加铝前体AlCl3和Al(CH3)3的较低浓度的脉冲而获得。分层的效果是(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层的柱状晶粒生长中的中断，并且该中断被认为限制了涂层性能的各向异性并且导致有利的机械行为。(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层具有立方晶体结构。WO2014/034730公开了一种具有CVD硬质涂层的切削刀具，该CVD硬质涂层由交替的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层A和B构成，其中，A层的组成为0.70≤x≤0.80且0.0005≤y≤0.005并且平均晶粒宽度W≤0.1μm且晶粒长度L≤0.1μm，并且B层的组成为0.85≤x≤0.95且0.0005≤y≤0.005并且平均晶粒宽度0.1μm≤W≤2.0μm且晶粒长度0.5μm≤L≤5.0μm，并且交替堆叠结构的最顶层是A层。在优选的实施方式中，两个层通过电子背向散射衍射(EBSD)测量确定均由六方相和立方相的混合物构成，其中，A层具有≥50％的立方/(立方+六方)相的表面积分数，并且B层包括较高表面积分数的六方相，其中，比例六方/(立方+六方)相≥50％。未审查的日本专利申请JP2002-273607A公开了一种交替的TiCN层和AlN层的CVD多层涂层，其中，TiCN层通过MT-CVD工艺生长并且具有(422)或(311)织构的优先生长取向。添加AlN中间层被认为增强涂层的抗氧化性和抗裂性。没有给出关于AlN层的相的信息。两个层都优选具有柱状微观结构。AlN层不改变MT-TiCN层的织构，并且它们似乎不会引起TiCN层的晶粒细化。
技术实现思路
专利技术的目的本专利技术的目的是在于提供一种涂覆的切削刀具，其具有晶粒更细和光滑的表面涂层，在间歇切削中具有提高的耐磨性，特别是来自切削刃的涂层的提高的对磨料磨损和崩刃的抗性。专利技术的描述本专利技术提供一种涂覆的切削刀具，其包括由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢或立方氮化硼制成的基底以及多层耐磨涂层，其中，多层耐磨涂层具有5μm至25μm的总厚度，并且包括通过化学汽相沉积(CVD)或中温化学汽相沉积(MT-CVD)沉积的耐火涂层，并且多层耐磨涂层包括至少一对层(a)和(b)，其中，层(b)紧挨着沉积在层(a)的顶上，其中-层(a)是具有六方晶体结构的氮化铝(h-AlN)的层，且厚度为10nm至750nm，并且-层(b)是由通式Ti1-xAlxCyNz表示的氮化钛铝或碳氮化钛铝的层，其中，0.4≤x≤0.95，0≤y≤0.10且0.85≤z≤1.15，其厚度为0.5μm至15μm，并且层(b)的Ti1-xAlxCyNz的至少90％具有面心立方(fcc)晶体结构。TiAlCN和TiAlN层通常被认为是有用的硬质耐火涂层，以提高切削刀具的耐磨性和切削性能，特别是用于金属加工。然而，如果TiAlCN或TiAlN层过薄，则它将更快地磨损并且可能不会对耐磨性和切削性能产生有益效果。另一方面，如果在CVD沉积期间TiAlCN或TiAlN层生长得过厚，则它可能产生不期望的相和微观结构，这会损害其耐磨性和切削性能，并且晶粒尺寸可能变大，以导致不期望的硬度性能或由于来自涂层的晶粒的扯掉所造成的不均匀的磨损发展。本专利技术人现已发现，通过将具有六方晶体结构(h-AlN)的氮化铝的层(a)沉积在本文中定义的类型的Ti1-xAlxCyNz层(b)下方，以在涂层中得到一对或多对层(a)和(b)，可以提高包括TiAlCN或TiAlN层的硬质涂层的性能。由此，涂层的最外部的耐磨层优选为Ti1-xAlxCyNz层(b)，作为顶部涂层。作为替代方案，一个或多个薄的顶部涂层可以沉积在Ti1-xAlxCyNz层(b)的顶上，诸如厚度为例如约0.5μm的薄TiN层(其通常被涂敷用作润滑和/或装饰)和/或在这种切削刀具的最外部表面上的磨损指示顶部层。本专利技术的涂层可以包括一个单对h-AlN层(a)和Ti1-xAlxCyNz层(b)或者依次包括若干对h-AlN层(a)和Ti1-xAlxCyNz层(b)，这取决于切削刀具的期望性能。本专利技术包括在基底表面与第一对层(a)和(b)之间和/或在多对层(a)和(b)之间包括另外的硬质耐火层的那些实施方式。如下面将更详细地讨论的那样，在本专利技术中，至少一个另外的硬质耐火层设置在基底表面与紧挨着第一对层(a)和(b)中的第一h-AlN层(a)下方之间。这种另外的硬质耐火层可以优选地选自具有柱状或等轴晶体形态(优选为柱状晶体形态)的TiAlCN、TiAlN、TiCN和TiN。选自TiAlCN、TiAlN、TiCN和TiN的所述另外的硬质耐火层可具有相同或不同的优选的结晶生长取向(纤维织构)，在本文中，其特征在于织构系数TC。本专利技术的专利技术人已经惊奇地发现，在一对或若干对h-AlN层(a)和Ti1-xAlxCyNz层(b)内的Ti1-xAlxCyNz层(b)可以以优选的结晶生长取向(纤维织构)生产，优选为{111}织构，这与设置在基底表面与紧挨着第一对层(a)和(b)中的第一h-AlN层(a)下方之间的所述另外的硬质耐火层是否具有相同或不同的优选的结晶生长取向(纤维织构)以及这种另外的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂覆的切削刀具，包括由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢或立方氮化硼制成的基底以及多层耐磨涂层，其中所述多层耐磨涂层具有5μm至25μm的总厚度，并且包括通过化学汽相沉积(CVD)或中温化学汽相沉积(MT‑CVD)沉积的耐火涂层，并且所述多层耐磨涂层包括至少一对层(a)和(b)，其中，层(b)紧挨着沉积在层(a)的顶上，其中‑层(a)是具有六方晶体结构的氮化铝(h‑AlN)的层，且厚度为10nm至750nm，其中，氯含量小于5原子百分比，优选小于2.5原子百分比，最优选小于1原子百分比，或为2‑3原子百分比，并且‑层(b)是由通式Ti1‑xAlxCyNz表示的氮化钛铝或碳氮化钛铝的层，其中，0.4≤x≤0.95，0≤y≤0.10且0.85≤z≤1.15，其厚度为0.5μm至15μm，并且层(b)的Ti1‑xAlxCyNz的至少90％具有面心立方(fcc)晶体结构，‑其中，所述多层耐磨涂层包括选自由氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氮化钛铝(TiAlN)和碳氮化钛铝(TiAlCN)构成的组中的层，所述层紧挨着沉积在类型(a)的第一h‑AlN层下方，并且优选地是，所述层具有柱状晶粒形态。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 EP 16163243.51.一种涂覆的切削刀具，包括由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢或立方氮化硼制成的基底以及多层耐磨涂层，其中所述多层耐磨涂层具有5μm至25μm的总厚度，并且包括通过化学汽相沉积(CVD)或中温化学汽相沉积(MT-CVD)沉积的耐火涂层，并且所述多层耐磨涂层包括至少一对层(a)和(b)，其中，层(b)紧挨着沉积在层(a)的顶上，其中-层(a)是具有六方晶体结构的氮化铝(h-AlN)的层，且厚度为10nm至750nm，其中，氯含量小于5原子百分比，优选小于2.5原子百分比，最优选小于1原子百分比，或为2-3原子百分比，并且-层(b)是由通式Ti1-xAlxCyNz表示的氮化钛铝或碳氮化钛铝的层，其中，0.4≤x≤0.95，0≤y≤0.10且0.85≤z≤1.15，其厚度为0.5μm至15μm，并且层(b)的Ti1-xAlxCyNz的至少90％具有面心立方(fcc)晶体结构，-其中，所述多层耐磨涂层包括选自由氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氮化钛铝(TiAlN)和碳氮化钛铝(TiAlCN)构成的组中的层，所述层紧挨着沉积在类型(a)的第一h-AlN层下方，并且优选地是，所述层具有柱状晶粒形态。2.根据权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，所述多层耐磨涂层包括一对层(a)和(b)，或者所述多层耐磨涂层包括由两对或更多对层(a)和(b)组成的层序列，优选为由2、3、4、5、6、7、8、9或10对层(a)和(b)组成的层序列。3.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的切削刀具，其中，(a)类型的h-AlN层的厚度为10nm至400nm，优选为25nm至250nm，更优选为40nm至100nm。4.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的切削刀具，其中，类型(b)的fcc-Ti1-xAlxCyNz层的厚度为1μm至8μm。5.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的切削刀具，其中，在层(b)紧挨着沉积在层(a)的顶上的情况下，每对层(a)和(b)内的类型(a)的h-AlN层的厚度与类型(b)的Ti1-xAlxCyNz层的厚度的厚度比在0.01至0.5的范围内。6.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的切削刀具，其中，在层(b)紧挨着沉积在层(a)的顶上的情况下，一对层(a)和(b)内的类型(b)的Ti1-xAlxCyNz层具有柱状晶粒形态和优选的结晶生长取向，其特征在于，织构系数TC(111)>1.8，TC(111)定义如下：其中，I(111)＝(111)反射的测量强度I0(111)＝根据所应用的JCPDF卡第00-046-1200号的标准粉末衍射数据的(111)反射的标准强度I(hkl)i＝(hkl)i反射的测量强度I0(hkl)i＝根据所应用的JCPDF卡第00-046-1200号的标准粉末衍射数据的(hkl)i反射的标准强度n＝计算中使用的反射的数量(此处：n＝4)(hkl)i所使用的(hkl)i反射是：(111)、(200)、(220)和(311)。7.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的切削刀具，其中，紧挨着沉积在类型(a)的第一h-AlN层下方的层具有优选的结晶生长取向，其特征在于，织构系数TC(200...

【专利技术属性】
技术研发人员：德克·施廷斯，托斯滕·曼斯，
申请(专利权)人：瓦尔特公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE