涂层切削工具制造技术

本发明专利技术涉及一种包含基底和涂层的涂层切削工具，其中涂层包含4‑14μm厚Ti1‑xAlxN的内层、0.05‑1μm TiCN的中间层和至少一个1‑9μmα‑Al2O3的外层，其中，使用CuKα辐射和θ‑2θ扫描进行测量，所述α‑Al2O3层表现出X射线衍射图谱，并且织构系数TC(hkl)是根据Harris公式限定的，其中所用的(hkl)反射是(0 2 4)、(1 1 6)、(3 0 0)和(0 0 12)，I(hkl)＝(hkl)反射的测量强度(峰强度)，I0(hkl)＝根据ICDD的00‑042‑1468号PDF卡的标准强度，n＝计算中使用的反射数量，并且3

Coated Cutting Tools

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涂层切削工具
本专利技术涉及一种具有硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢、立方氮化硼或高速钢基体以及通过CVD工艺沉积并且厚度在5μm至24μm的范围内的单层或多层磨损保护涂层的工具，其中所述磨损保护涂层至少包含Ti1-xAlxN层，其中0.40≤x≤0.95，其厚度在4μm至14μm的范围内并具有>90体积％面心立方(fcc)晶体结构。本专利技术还涉及用于制造本专利技术工具的方法。
技术介绍
用于金属切削操作例如钻削、铣削和车削的切削工具由于它们通常用于非常磨蚀和发热的操作中，所以需要是高度耐磨和抗氧化的。涂层的切削工具是本领域中已知的，并且可以通过PVD和/或CVD施加硬质材料层。US8389134公开了一种CVD涂层的切削工具，其包含Al2O3外层和Ti1-xAlxN内层。专利技术目的本专利技术的目的是提供用于钢或铸造材料的切屑成形金属机械加工的涂层工具，与现有技术相比，所述工具在干式机械加工中以及在使用冷却剂下表现出改善的耐磨性和改善的抗梳状裂纹性。另一个目的是提供一种适用于钢车削的涂层切削工具。
技术实现思路
本专利技术涉及一种包含基底和涂层的涂层切削工具，其中所述涂层包含4-14μm厚Ti1-xAlxN的内层、0.05-1μmTiCN的中间层和至少一个1-9μmα-Al2O3的外层，其中，使用CuKα辐射和θ-2θ扫描进行测量，所述α-Al2O3层表现出X射线衍射图谱，并且织构系数TC(hkl)是根据如下Harris公式限定的，其中所用的(hkl)反射是(024)、(116)、(300)和(0012)，I(hkl)＝(hkl)反射的测量强度(峰强度)，I0(hkl)＝根据ICDD的00-042-1468号PDF卡的标准强度，n＝计算中使用的反射数量，并且其中3<TC(0012)<4。所述切削工具是用于切屑金属切削的工具，并且可以例如是钻头、铣刀或用于钻削、铣削或车削的刀片。所述切削工具优选是用于车削、优选用于钢车削的刀片。本专利技术的切削工具上的耐磨涂层包含高度耐磨的Ti1-xAlxN层和非常抗月牙洼磨损的α-Al2O3层。这两层是对所述切削工具涂层的耐磨性贡献最大的层。所述涂层可包含其它层，以例如改善层的粘附性和/或改善所述涂层切削工具的视觉外观。这样的附加层例如可以是TiN、TiCN、TiAlN、TiCO、TiCNO、AlTiCNO、AlTiCO等。所述TiCN中间层相对较薄，仅0.05-1μm。该TiCN层的目的是为随后的耐磨α-Al2O3层提供良好的粘附性和合适的起始层。在本专利技术的一个实施方式中，所述TiCN中间层的厚度为0.05-0.3μm。相对于α-Al2O3层和/或Ti1-xAlxN层，所述TiCN层通常非常薄。在本专利技术的一个实施方式中，所述TiCN中间层的TC(111)为>3，其中织构系数TC(111)如下限定，其中I(hkl)是通过X射线衍射测量的衍射反射的强度，I0(hkl)是根据pdf卡00-042-1489的衍射反射的标准强度，n是计算中使用的反射数量，并且为了计算TC(111)，使用反射(111)、(200)、(220)和(311)。所述中间TiCN层优选与所述Ti1-xAlxN层为外延关系，即，晶粒以相同的取向连续生长通过这些层而不是在界面处再次成核。这是优选的，既由于高粘附性，也因为可以认为高度取向。高度取向，即高TC值，是有利的，因为它提供高耐磨性。在本专利技术的一个实施方式中，所述α-Al2O3层中的Σ3晶界长度与总晶界长度之比为>30％。所述晶界长度用EBSD在所述α-Al2O3层的抛光表面上测量。所述抛光表面平行于基底的表面。Σ3晶界被认为对所述α-Al2O3层的高耐磨性有贡献。在一个实施方式中，所述EBSD测量在所述α-Al2O3层厚度的30％至70％的剩余层厚度处进行，优选在大约所述α-Al2O3层厚度的中间进行。在本专利技术的一个实施方式中，所述Ti1-xAlxN层具有至少90体积％、优选至少95体积％、特别优选约98体积％的面心立方(fcc)晶体结构。在本专利技术的一个实施方式中，所述Ti1-xAlxN层具有柱状微结构。在本专利技术的一个实施方式中，在Ti1-xAlxN微晶的晶界处存在Ti1-yAlyN的析出物，所述析出物具有比内部微晶更高的Al含量并且包含具有六方晶体结构(hcp)的AlN，其中y>x。在本专利技术的一个实施方式中，所述Ti1-xAlxN层具有0.60≤x≤0.90的化学计量系数。在本专利技术的一个实施方式中，所述Ti1-xAlxN层相对于晶体学{111}平面具有优先的晶体生长取向，其特征在于织构系数TC(111)>3，优选>3.5，其中所述织构系数TC(111)如下限定：其中-I(hkl)是通过X射线衍射测量的衍射反射的强度，-I0(hkl)是根据pdf卡00-046-1200的衍射反射的标准强度，-n是计算中使用的反射数量，以及-为了计算TC(111)，使用反射(111)、(200)、(220)和(311)。在本专利技术的一个实施方式中，所述TiCN层的厚度为0.1-0.3μm，优选0.1-0.2μm。在本专利技术的一个实施方式中，所述TiCN层的TiCN晶粒的平均高宽比为≤1，其中所述高宽比定义为高度(即层厚度)与宽度之比。在本专利技术的一个实施方式中，所述Ti1-xAlxN层的厚度t(Ti1-xAlxN)相对于所述α-Al2O3层的厚度t(α)的关系是，t(Ti1-xAlxN):t(α)为2:1至3:1。这些厚度关系在增加耐磨性方面已显示出优势。在本专利技术的一个实施方式中，所述涂层包含优选厚度为0.1-2μm、优选0.2-1μm或0.2-0.5μm的TiN最内层。该最内层直接沉积在所述基底上。该最内层优选与所述Ti1-xAlxN层直接接触。在本专利技术的一个实施方式中，涂层包含在Ti1-xAlxN和TiCN之间的TiN中间层。该中间TiN层的厚度优选为0.05-0.1μm。该中间TiN层优选与所述Ti1-xAlxN层直接接触。该中间TiN层优选与所述TiCN层直接接触。所述基底可以由硬质合金、金属陶瓷、钢、陶瓷、立方氮化硼或高速钢制成。在本专利技术的一个实施方式中，所述基底是硬质合金的。所述硬质合金优选具有的粘结相含量为4-9重量％。所述硬质合金优选包含80-90重量％WC。所述硬质合金优选在所述粘结相中包含Co。附图说明图1显示了样品A1(本专利技术)的贯穿切割的扫描电子显微镜(SEM)图像。图2显示了样品A1(本专利技术)的贯穿切割的扫描电子显微镜(SEM)图像。实施例沉积过程在本实施例中，使用具有切削刀片几何形状CNMA120408的硬质合金基底。所述硬质合金组成是86.1重量％WC、5.5重量％Co、8.0重量％(NbC、TaC和TiC)和0.4重量％其它碳化物。所述基底具有约20μm的粘结相富集表面区域。所述基底在BernexBPX325S型CVD涂层室中进行CVD涂覆，所述涂覆室的反应器高度为1250mm、反应器直径为325mm并且负载体积为40升。本专利技术的示例性涂层和参比涂层使用本文所述的设备和下表1a、1b、2a和2b中给出的工艺条件获得。然而，产生CVD涂层的工艺条件可以在一定程度上取决于所使用的设备而变化，这是本领域公知的。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含基底和涂层的涂层切削工具，其中所述涂层包含4‑14μm厚Ti1‑xAlxN的内层、0.05‑1μm TiCN的中间层和至少一个1‑9μmα‑Al2O3的外层，其中，使用CuKα辐射和θ‑2θ扫描进行测量，α‑Al2O3层表现出X射线衍射图谱，并且织构系数TC(hkl)是根据Harris公式限定的，

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.26 EP 17153338.31.一种包含基底和涂层的涂层切削工具，其中所述涂层包含4-14μm厚Ti1-xAlxN的内层、0.05-1μmTiCN的中间层和至少一个1-9μmα-Al2O3的外层，其中，使用CuKα辐射和θ-2θ扫描进行测量，α-Al2O3层表现出X射线衍射图谱，并且织构系数TC(hkl)是根据Harris公式限定的，其中所用的(hkl)反射是(024)、(116)、(300)和(0012)，I(hkl)＝(hkl)反射的测量强度(峰强度)，I0(hkl)＝根据ICDD的00-042-1468号PDF卡的标准强度，n＝计算中使用的反射数量，其特征在于3<TC(0012)<4。2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于TiCN中间层的厚度为0.05-0.3μm。3.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于TiCN中间层的TC(111)>3，其中织构系数TC(111)是如下限定的，其中-I(hkl)是通过X射线衍射测量的衍射反射的强度，-I0(hkl)是根据pdf卡00-042-1489的衍射反射的标准强度，-n是计算中使用的反射数量，以及-为了计算TC(111)，使用反射(111)、(200)、(220)和(311)。4.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于所述α-Al2O3层中的Σ3晶界长度与总晶界长度之比>30％。5.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于Ti1-xAlxN层具有至少90体积％、优选至少95体积％、特别优选约98体积％的面心立方(fcc)晶体结构。6.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于Ti1-xAlxN...

【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