CVD涂层切削工具制造技术

本发明专利技术涉及一种涂层切削工具，其包括基材和涂层，所述涂层包括一个或多个层。所述涂层包括通过化学气相沉积(CVD)沉积的厚度为1‑20μm的α‑Al2O3层，其中所述α‑Al2O3层具有X射线衍射图并且其中织构系数TC(h k l)是根据Harris公式定义的，其中1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】CVD涂层切削工具
本专利技术涉及一种CVD涂层切削工具，其包括基材和涂层，其中所述涂层包括至少一个α-Al2O3层。
技术介绍
在用于金属加工的切削工具的
中，CVD涂层的使用是增强工具耐磨性的众所周知的方法。通常使用的CVD涂层是陶瓷涂层，例如TiN、TiC、TiCN和Al2O3。多年来，Al2O3涂层的耐磨性知识已经增加，并且已经在一些公开物中详细研究了不同Al2O3涂层的性质。US2007/0104945A1公开了一种包括α-Al2O3涂层的切削工具，其显示出沿着<001>的强织构。本专利技术的目的本专利技术的一个目的是提供一种具有α-Al2O3层的涂层切削工具，其在车削、铣削和/或钻削中展现改进的切削性能。另一个目的是提供一种切削工具，其具有改进的耐月牙洼磨损性以及针对在切削刃塑性变形时剥落的改进抗性。
技术实现思路
上述目的中的至少一个是通过根据权利要求1所述的涂层切削工具实现的。优选的实施方式在从属权利要求中公开。本专利技术涉及一种涂层切削工具，其包括基材和涂层，其中所述涂层包括一个或多个层，并且其中所述涂层包括至少一个通过化学气相沉积(CVD)沉积的厚度为1-20μm的α-Al2O3层，其中所述α-Al2O3层具有使用CuKα辐射和θ-2θ扫描测量的X射线衍射(XRD)图，其中织构系数TC(hkl)是根据Harris公式定义的其中所用的(hkl)反射是(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(214)、(300)和(0012)，I(hkl)＝(hkl)反射的测量强度(积分峰面积)，I0(hkl)＝根据ICDD的00-10-0173号PDF卡的标准强度，n＝计算中使用的反射次数(在这种情况下为8次反射)，并且其中1<TC(024)<4且3<TC(0012)<6。所述基材由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或诸如cBN的超硬材料制成。通常通过热CVD沉积α-Al2O3层。可选地，可以使用其它CVD沉积工艺。对于如下文所公开的涂层的任何其它层，情况也是如此。α-Al2O3层包含结晶晶粒，并且在下文中，所述α-Al2O3层的包含与基材表面平行的(001)面的晶粒将被称为(001)取向晶粒。以相应的方式，所述α-Al2O3层的包含与基材表面平行的(012)面的晶粒将被称为(012)取向晶粒。本专利技术的涂层切削工具包括新的和改进的α-Al2O3层，其中所述层包含(001)取向晶粒和(012)取向晶粒的混合物。所述层令人惊讶地显示出，通过高的耐月牙洼磨损性和针对由于切削刃塑性变形而剥落的抗性的组合而提供改进的切削性能。这种耐磨性能的组合已经证明，对于用于例如重型车削操作(例如钢材的韧性车削)中的切削工具是非常有用。如果在切削期间产生的热量足够高以致削弱硬质合金中的粘结相，使得切削刃在切削期间由于切削刃上的载荷而变形，则可能发生切削刃的塑性变形。切削刃的变形对于涂层是非常苛求的，因为涂层是陶瓷并且不具有很大延展性。然后涂层通常会破裂，之后从基材上剥落。本专利技术的α-Al2O3层提供了针对这种磨损机制的更大抗性，以及保持了对月牙洼磨损的高抗性。本专利技术的α-Al2O3层包含(001)取向晶粒和(012)取向晶粒的特定组合。解释是(001)取向晶粒有助于高的耐月牙洼磨损性，并且(012)取向晶粒有助于针对在切削刃塑性变形时涂层破裂和剥落的高抗性。表示优选织构的手段是，基于在相应样品上测量的一组已确定的XRD反射来计算使用Harris公式(上面的公式(1))计算的织构系数TC(hkl)。使用JCPDF卡标准化XRD反射的强度，所述JCPDF卡指示相同材料(即α-Al2O3)但具有随机取向(例如在材料粉末中)的XRD反射的强度。结晶材料层的织构系数TC(hkl)>1指示，结晶材料的晶粒在其平行于基材表面的(hkl)晶面中的取向比随机分布的频率高。织构系数TC(0012)在本文中用于指示具有平行于基材表面的(001)面的优选晶体生长。(001)晶面平行于α-Al2O3晶系中的(006)晶面和(0012)晶面。以相应的方式，(012)晶面平行于α-Al2O3晶系中的(024)晶面。在本专利技术的一个实施方式中，所述α-Al2O3层显示1<TC(024)<3且3.5<TC(0012)<5.5。在一个实施方式中，所述α-Al2O3层显示1.5<TC(024)<2.5且4<TC(0012)<5。在本专利技术的一个实施方式中，所述α-Al2O3层的第三强的TC(hkl)是TC(110)。在本专利技术的一个实施方式中，所述α-Al2O3层的TC(0012)和TC(024)之和≥6.5。在本专利技术的一个实施方式中，α-Al2O3层具有通过EBSD在所述α-Al2O3层的平行于涂层的外表面的一部分中测量的{001}极图，其中在与涂层外表面的法线为0°≤β≤90°的倾斜角范围内，在取向差角大小(binsize)为0.25°下，基于极图的数据的极点图(poleplot)示出在β≤15°倾斜角内的强度与在0°≤β≤90°内的强度的比≥40％，优选≥50％，更优选≥60％且≤80％，并且所述α-Al2O3层具有通过EBSD在所述α-Al2O3层的平行于涂层的外表面的一部分中测量的{012}极图，其中在与涂层外表面的法线为0°≤β≤90°的倾斜角范围内，在取向差角大小为0.25°下，基于极图数据的极点图示出在β≤15°倾斜角内的强度与在0°≤β≤90°内的强度的比≥40％，优选≥50％，或≥40％且≤60％。{001}极图和{012}极图优选来自α-Al2O3层的同一部分。α-Al2O3层的所述部分优选位于距α-Al2O3层最内部分≥1μm处。α-Al2O3层的最内部分通常是粘结层与α-Al2O3层之间的界面。在本专利技术的一个实施方式中，α-Al2O3层包含柱状晶粒，α-Al2O3层优选为柱状层。优选地，α-Al2O3层分别包含{001}和{012}取向的柱状晶粒，它们存在于α-Al2O3层的整个的全部厚度内。在本专利技术的一个实施方式中，α-Al2O3层包含柱状α-Al2O3层晶粒，并且其中沿着在所述α-Al2O3层的中间部位的平行于基材表面的线测量，所述柱状晶粒的平均宽度为0.5-2μm。在本专利技术的一个实施方式中，α-Al2O3层的平均厚度为2-10μm或3-7μm。在本专利技术的一个实施方式中，涂层还包括TiN、TiCN、TiC、TiCO、TiCNO中的一种或多种的层。在本专利技术的一个实施方式中，从基材表面开始，涂层包括以下顺序的层：TiN、TiCN、TiCNO和α-Al2O3。在本专利技术的一个实施方式中，涂层包括最外面的磨损指示颜色层，例如TiN。在本专利技术的一个实施方式中，基材由硬质合金组成，所述基材具有从所述基材的表面到主体中深度为约15-35μm的表面区，其中所述表面区富集粘结相并且基本上不含立方碳化物。该表面区或所谓的梯度区是有利的，因为它为切削刃提供了韧性，这防止了切削刃的断裂。本专利技术的层与该梯度区的组合是有利的，因为梯度区增加了由于切削本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂层切削工具，所述涂层切削工具包括基材和涂层，其中所述涂层包括至少一个通过化学气相沉积(CVD)沉积的厚度为1‑20μm的α‑Al2O3层，其中所述α‑Al2O3层具有X射线衍射图，其中织构系数TC(h k l)是根据Harris公式定义的

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 EP 16176939.31.一种涂层切削工具，所述涂层切削工具包括基材和涂层，其中所述涂层包括至少一个通过化学气相沉积(CVD)沉积的厚度为1-20μm的α-Al2O3层，其中所述α-Al2O3层具有X射线衍射图，其中织构系数TC(hkl)是根据Harris公式定义的其中所用的(hkl)反射是(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(214)、(300)和(0012)，I(hkl)＝所述(hkl)反射的测量强度，l0(hkl)＝根据ICDD的00-10-0173号PDF卡的标准强度，n＝8，其特征在于1<TC(024)<4且3<TC(0012)<6。2.根据权利要求1所述的涂层切削工具，其中所述α-Al2O3层显示1<TC(024)<3且3.5<TC(0012)<5.5。3.根据权利要求1所述的涂层切削工具，其中所述α-Al2O3层显示1.5<TC(024)<2.5且4<TC(0012)<5。4.根据前述权利要求中的任一项所述的涂层切削工具，其中所述α-Al2O3层的第三强的TC(hkl)是TC(110)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的涂层切削工具，其中所述α-Al2O3层具有通过EBSD在所述α-Al2O3层的平行于所述涂层的外表面的一部分中测量的{001}极图，其中在与所述涂层的外表面的法线为0°≤β≤90°的倾斜角范围内，在取向差角大小为0.25°下，基于所述极图的数据的极点图示出在β≤15°倾斜角内的强度与在0°≤β≤90°内的强度的比≥40％，并且其中所述α-Al2O3层具有通过EBSD在所述α-Al2O3层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·恩奎斯特，埃里克·林达尔，
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