CVD涂层切削工具制造技术

本发明专利技术涉及一种用于金属的切屑成形加工的涂层切削工具，其包含具有涂覆有化学气相沉积(CVD)涂层的表面的基材。所述涂层切削工具包含涂覆有包含α‑Al2O3层的涂层的基材，其中所述α‑Al2O3层表现出织构系数TC(0012)≥7.2并且其中I(0012)/I(0114)的比≥0.8。所述涂层还包含位于所述基材和所述α‑Al2O3层之间的MTCVD TiCN层。所述MTCVD TiCN层在所述MTCVD TiCN层的平行于所述涂层的外表面、且距所述MTCVD TiCN的外表面小于1μm的一部分中表现出如通过EBSD测量的{211}极图，其中在从所述涂层外表面的法线起0°≤β≤45°的倾斜角范围内，在0.25°的取向差角下，基于所述极图的数据的极点图显示出在β≤15°倾斜角内的强度与在0°≤β≤45°内的强度的比≥45％。

【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用于金属的切屑成形加工的涂层切削工具，其包含具有涂覆有化学气相沉积(CVD)涂层的表面的基材。根据本专利技术的涂层切削工具特别可用于在例如金属材料(例如合金钢、碳钢或韧性硬化钢)的铣削、车削或钻削中的耐磨损性上具有高要求的应用中。
技术介绍
硬质合金切削工具上的耐磨涂层的化学气相沉积(CVD)已有多年的工业实践。例如TiCN和Al2O3的涂层已经显示出改善了切削刀片在许多不同材料的切削上的耐磨性。内层TiCN和外层α-Al2O3的组合可见于许多设计用于例如钢的铣削或车削的商业切削刀片中。EP1905870A2公开了一种涂层切削刀片，其包含具有至少一个α-Al2O3层的涂层，该涂层沿<001>方向显示出强的生长织构。在车削时，刀片的边缘韧性得到改善。专利技术目的本专利技术的一个目的在于提供一种在切削操作中具有改善的性能的涂氧化铝的切削工具刀片。本专利技术的另一个目的在于提供一种涂层切削工具，其具有改善的耐磨性，例如较高的耐月牙洼磨损性、在切削刃的塑性变形时的耐涂层剥落性、在润滑或无润滑的切削中的耐热裂纹性和/或增强的边缘线韧性。本专利技术的另一个目的在于提供一种在铣削中，例如在钢、合金钢、碳钢和韧性硬化钢的铣削中，具有高性能的切削工具。
技术实现思路
上述目的中的至少一个通过根据权利要求1所述的切削工具实现。优选的实施方式公开在从属权利要求中。根据本专利技术的切削工具包含涂覆有涂层的基材，该涂层包含α-Al2O3层，其中α-Al2O3层的厚度为2μm至4μm，并且其中α-Al2O3表现出如通过X射线衍射使用CuKα辐射和θ-2θ扫描所测量的织构系数TC(hkl)，所述织构系数TC(hkl)根据Harris公式定义：其中I(hkl)是(hkl)反射的测量强度(积分面积)，I0(hkl)是根据ICDD的00-010-0173号PDF卡的标准强度，n是该计算中使用的反射次数，并且其中使用的(hkl)反射是(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(214)、(300)和(0012)，其中TC(0012)≥7.2，优选≥7.4，更优选≥7.5，更优选≥7.6，最优选≥7.7，且优选≤8。并且其中I(0012)/I(0114)的比≥0.8，或≥1，优选≥1.5，更优选≥1.7，最优选≥2，其中I(0012)是0012反射的测量强度(积分面积)，并且I(0114)是0114反射的测量强度(积分面积)。本专利技术的涂层还包含位于基材和α-Al2O3层之间的MTCVDTiCN层，其中所述MTCVDTiCN层的厚度为2μm至3μm。MTCVDTiCN层的晶粒是柱状的。MTCVDTiCN层在所述MTCVDTiCN层的平行于所述涂层的外表面、且距所述MTCVDTiCN的外表面小于1μm、优选小于0.5μm的一部分中表现出如通过EBSD测量的{211}极图，其中在从涂层外表面的法线起0°≤β≤45°的倾斜角范围内，在0.25°的取向差角下，基于极图数据的极点图显示出在β≤15°倾斜角内的强度与在0°≤β≤45°内的强度的比≥45％。在一个实施方式中，MTCVDTiCN层在与上文限定的MTCVDTiCN的同一部分中表现出如通过EBSD测量的{110}极图，其中在从涂层外表面的法线起0°≤β≤45°的倾斜角范围内，在0.25°的取向差角下，基于极图数据的极点图显示出在β≤15°倾斜角内的强度与在0°≤β≤45°内的强度的比≤30％。MTCVDTiCN层的极图和极点图来自该层的靠近α-Al2O3层的部分。极图和极点图从MTCVDTiCN层的靠近α-Al2O3层的外表面起在1μm内，优选小于0.5μm内。该MTCVDTiCN层显示出如下优点：最终切削工具的耐磨性可以在如下面示出的铣削切削测试中所呈现的几个方面得到改善。本专利技术的切削工具显示出较高的耐月牙洼磨损性、较高的在切削刃的塑性变形时的耐涂层剥落性、较高的在润滑和无润滑切削中的耐热裂纹性以及增强的边缘线韧性。已经认识到，MTCVDTiCN层的外侧部分的织构对于切削工具的工具寿命具有高度重要性，并且利用XRD进行的织构测量，该织构测量示出来自整个层的信息，并不足以公开本专利技术MTCVDTiCN层的改善的性能。替代地，定义了在MTCVDTiCN层涂层的靠近α-Al2O3层的部分中的EBSD测量。通常用热CVD沉积α-Al2O3层。或者，可以使用其它CVD沉积方法。对于如下公开的所述涂层的任何其它层，情况也是如此。HTCVD在本文中定义为在950℃至1050℃温度范围内的CVD方法，而MTCVD为在800℃至950℃温度范围内的CVD方法。α-Al2O3层至少覆盖所述切削工具的在切削操作中参与切削的区域，至少覆盖暴露于月牙洼磨损和/或侧刀面磨损的区域。或者，整个切削工具可以涂覆有α-Al2O3层和/或涂覆有所述涂层的任何其它层。强<001>织构在本文中是指统计学上优选的生长，其中，与平行于基材表面的其它晶面相比，平行于基材表面的α-Al2O3(001)晶面频次更高。表达优选织构的手段是，基于在相应样品上测量的一组已确定的XRD反射而计算使用Harris公式(上面的公式(1))计算的织构系数TC(hkl)。XRD反射的强度是使用JCPDF卡来标准化，该JCPDF卡指示相同材料(例如α-Al2O3)但具有随机取向(例如呈粉末状的材料)的XRD反射的强度。结晶材料层的织构系数TC(hkl)>1表明，结晶材料的晶粒在其平行于基材表面的(hkl)晶面中的取向比在随机分布中的频次更高。织构系数TC(0012)在本文中用于表明沿<001>晶向的优选晶体生长。在α-Al2O3晶系中，(001)晶面平行于(006)和(0012)晶面。在本专利技术的一个实施方式中，α-Al2O3层的厚度为2μm至4μm，优选2.5μm至3.5μm。MTCVDTiCN在本文中是指Ti(Cx,N1-x)，其中0.2≤x≤0.8，优选0.3≤x≤0.7，更优选0.4≤x≤0.6。MTCVDTiCN的C/(C+N)比可以例如用电子微探针分析来测量。在本专利技术的一个实施方式中，该涂层还包含位于MTCVDTiCN层的最外侧并与α-Al2O3层相邻的粘合层，该粘合层包含HTCVD沉积的TiN、TiCN、TiCNO和/或TiCO或其组合，优选HTCVDTiCN和TiCNO。粘合层用于增强在MTCVDTiCN层和α-Al2O3层之间的粘附性。优选在α-Al2O3层沉积之前使粘合层氧化。粘合层包含非柱状晶粒，例如等轴晶粒。所述粘合层的厚度优选为0.5μm至2μm、0.5μm至1.5μm或0.5μm至1μm。粘合层的厚度可以例如从涂层横截面的SEM图像来测量。在本专利技术的一个实施方式中，涂层包含2μm至3μm的MTCVDTiCN和2μm至4μm的α-Al2O3层。该实施方式的粘合层优选为0.5μm至1μm。在本专利技术的一个实施方式中，涂层包含最内TiN层，优选厚度为0.3μm至0.6μm。TiN层优选邻近基材定位。在本专利技术的一个实施方式中，基材是硬质合金、金属陶瓷或陶瓷。这些基材具有适合本专利技术的涂层的硬度和韧性。在本专利技术的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂层切削工具，其包含涂覆有涂层的基材，所述涂层包含α‑Al2O3层，其中所述α‑Al2O3层的厚度为2μm至4μm，并且其中所述α‑Al2O3层表现出如通过X射线衍射使用CuKα辐射和θ‑2θ扫描所测量的织构系数TC(hkl)，所述织构系数TC(hkl)根据Harris公式定义：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.21 EP 16175516.01.一种涂层切削工具，其包含涂覆有涂层的基材，所述涂层包含α-Al2O3层，其中所述α-Al2O3层的厚度为2μm至4μm，并且其中所述α-Al2O3层表现出如通过X射线衍射使用CuKα辐射和θ-2θ扫描所测量的织构系数TC(hkl)，所述织构系数TC(hkl)根据Harris公式定义：其中I(hkl)是(hkl)反射的测量强度(积分面积)，I0(hkl)是根据ICDD的00-010-0173号PDF卡的标准强度，n是所述计算中使用的反射的次数，并且其中使用的(hkl)反射是(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(214)、(300)和(0012)，其中TC(0012)≥7.2，且其中I(0012)/I(0114)的比≥0.8，且其中所述涂层还包含MTCVDTiCN层，所述MTCVDTiCN层位于所述基材和所述α-Al2O3层之间，其中所述MTCVDTiCN层的厚度为2μm至3μm，并且其中所述MTCVDTiCN层在所述MTCVDTiCN层的平行于所述涂层的外表面、且距所述MTCVDTiCN的外表面小于1μm的一部分中表现出如通过EBSD测量的{211}极图，其中在从所述涂层外表面的法线起0°≤β≤45°的倾斜角范围内，在0.25°的取向差角下，基于所述极图的数据的极点图显示出在β≤15°倾斜角内的强度与在0°≤β≤45°内的强度的比≥45％。2.根据权利要求1所述的涂层切...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·恩奎斯特，埃里克·林达尔，拉卢卡·莫尔然布伦宁，埃内斯托·科罗内尔，
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