一种涂层切削刀具及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种涂层切削刀具及其制备方法，涂层切削刀具包括刀具基体和涂覆于刀具基体上的至少一层耐磨涂层，耐磨涂层的总厚度为2μm～25μm，耐磨涂层中至少有一层为Al

【技术实现步骤摘要】
一种涂层切削刀具及其制备方法
本专利技术属于切削刀具涂层制备领域，涉及一种涂层切削刀具及其制备方法，尤其涉及一种带有特定生长织构取向的CVD-TiAlCN涂层的涂层切削刀具及其制备方法。
技术介绍
在高速和干式切削成为主流的今天，涂层技术的快速发展对刀具性能的改善和切削加工技术的进步起关键作用，涂层切削刀具已成为现代刀具的重要标志。CVD常规涂层如TiN、MT-TiCN及Al2O3等，是目前刀具表面CVD涂层中应用最广泛的涂层，具有与刀具基体良好的热匹配性及实现高速高效切削加工的耐磨性。而作为主要的耐磨层，MT-TiCN涂层与Al2O3涂层组合应用，提供了切削刀片更高的抗后刀面磨损与抗月牙洼磨损性能，同时保证一定的耐热性能。但是MT-TiCN涂层与Al2O3涂层耐热性能的明显差异，导致涂层刀片在高速断续切削过程中极易发生热塑性变形，并伴随大量热的作用而造成后刀面不均匀磨损，从而对切削刀尖失去有效支撑，最终造成崩刃。另外，虽然Al2O3涂层具有极好的热稳定性，但是脆性也较大，应用于高速断续切削时，刃口要承受极短周期下的重复热冲击作用，极易发生崩刃，Al2O3涂层强度不足的因素缩短了涂层刀片的使用寿命。CVD-AlTiCN是典型的成分改性的涂层，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小和导热率低等特性。采用CVD方法制备的CVD-Ti1-xAlxN涂层虽然可以表现出多种优良特性，但是制备的CVD-Ti1-xAlxN涂层中存在较高含量的六方AlN或不定型碳等物相，其对性能产生了不利影响。>
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种带有特定生长织构取向的CVD-TiAlCN涂层、兼具高纳米硬度、优异的耐磨性和抗高温氧化性的涂层切削刀具及其制备方法，实现涂层切削刀具在车削、铣削或钻削中均具有优异的切削性能。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下方案。一种涂层切削刀具，包括刀具基体和涂覆于刀具基体上的至少一层耐磨涂层，所述耐磨涂层的总厚度为2μm～25μm，所述耐磨涂层中至少有一层为AlxTi1-xCyN1-y涂层，其中0.35≤x≤0.93，0.35≤x+y≤0.95，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层具有(311)晶面择优织构取向，织构系数TC(311)≥1.6。上述的涂层切削刀具，优选的，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层具有面心立方(fcc)晶体结构，所述面心立方晶体结构的占比≥91vol％。上述的涂层切削刀具，优选的，所述面心立方晶体结构的占比为95vol％～98vol％。上述的涂层切削刀具，优选的，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层中与所述刀具基体表面平行且距离为h的面内AlxTi1-xCyN1-y粒子宽度的平均值为dh，则dh≤1.5μm。本专利技术的研究人员惊奇地发现具有TC(311)≥1.6织构取向结构的AlxTi1-xCyN1-y涂层晶粒宽度要明显低于其它取向结构。上述的涂层切削刀具，优选的，所述Ti1-xAlxCyN1-y层的厚度为5μm～15μm，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层的纳米硬度≥30GPa。上述的涂层切削刀具，优选的，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层与所述刀具基体之间还设有硬质基底层，所述硬质基底层的厚度为0.5μm～8μm，优选0.8μm～5μm，更优选1μm～3μm，所述硬质基底层包括TiN层、TiCN层和h-AlN层中的至少一层。上述的涂层切削刀具，优选的，所述硬质基底层的厚度为0.8μm～5μm。更优选的，所述硬质基底层的厚度为1μm～3μm。上述的涂层切削刀具，优选的，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层的表面还设有硬质表面层，所述硬质表面层的厚度＞1μm，所述硬质表面层包括TiN层、TiC层和TiCN层中的至少一层。上述的涂层切削刀具，优选的，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层与所述刀具基体之间还设有硬质基底层，所述硬质基底层的厚度为0.5μm～8μm，所述硬质基底层包括TiN层、TiCN层和h-AlN层中的至少一层，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层的表面还设有硬质表面层，所述硬质表面层的厚度＞1μm，所述硬质表面层包括TiN层、TiC层和TiCN层中的至少一层。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的涂层切削刀具的制备方法，包括以下步骤：(1)制备刀具基体；(2)采用CVD工艺在所述刀具基体上沉积硬质基底层；(3)采用低压CVD工艺在所述硬质基底层上沉积AlxTi1-xCyN1-y层，工艺条件包括：以两路气体管路将反应气体导入涂层炉，其中第一路气体管路中的混合物T1含有0.002vol％～1.0vol％的TiCl4、0.025vol％～2.0vol％的AlCl3、0.001vol％～0.7vol％的碳源和76vol％～86vol％的第一载气，所述碳源为乙腈(CH3CN)、乙烷(C6H6)、乙烯(C2H4)和乙炔(C2H2)中的一种或多种，所述第一载气为氢气和/或氮气，第二路气体管路中的混合物T2含有0.03vol％～8.0vol％的N源和第二载气(T1以及T2中N源气体体积分数之和后的剩余体积分数)，所述N源为NH3和/或N2H4，所述第二载气为氢气和/或氮气，所述混合物T1与混合物T2的体积比为1～10∶1，沉积温度控制在650℃～910℃，沉积压力控制在1mbar～10mbar；(4)采用CVD工艺在所述AlxTi1-xCyN1-y层上沉积硬质表面层。本专利技术中，TC(hkl)定义如下：其中，I(hkl)i＝(hkl)i反射的测量强度I0(hkl)i＝根据所应用的JCPDF卡第00-46-1200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所使用的的(hkl)i反射晶面是：(111)、(200)、(220)和(311)。本专利技术的涂层可用于钢制工具、硬质材料(包括硬质合金、金属陶瓷和陶瓷等)基体上，本专利技术的涂层切削工具具有优良的耐磨性能和抗高温氧化性能。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1.本专利技术针对TiAlN涂层中Al含量限制问题，采用低压CVD(LPCVD)工艺实现了在切削刀具表面沉积高Al含量且具备TC(311)≥1.6的fcc-TiAlN涂层。2.本专利技术的AlxTi1-xCyN1-y涂层与基体表面平行面内的AlxTi1-xCyN1-y粒子宽度较小，涂层纳米硬度高达30GP以上，耐磨性能显著提高。3.本专利技术的具有TC(311)≥1.6织构取向的AlxTi1-xCyN1-y涂层晶粒宽度要明显低于其它织构取向的AlxTi1-xCyN1-y涂层。4.本专利技术的涂层切削刀具，具有优异的耐磨性能和抗高温氧化性能，在铸铁、不锈钢、合金钢的高速加工中具有极优异的性能。5.本专利技术的制备工艺具有涂层沉积效率高，沉积均匀性好的特点，提高了涂层刀具的生产效率及产品质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂层切削刀具，其特征在于，包括刀具基体和涂覆于刀具基体上的至少一层耐磨涂层，所述耐磨涂层的总厚度为2μm～25μm，所述耐磨涂层中至少有一层为Al

【技术特征摘要】
1.一种涂层切削刀具，其特征在于，包括刀具基体和涂覆于刀具基体上的至少一层耐磨涂层，所述耐磨涂层的总厚度为2μm～25μm，所述耐磨涂层中至少有一层为AlxTi1-xCyN1-y涂层，其中0.35≤x≤0.93，0.35≤x+y≤0.95，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层具有(311)晶面择优织构取向，织构系数TC(311)≥1.6。


2.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层具有面心立方晶体结构，所述面心立方晶体结构的占比≥91vol％。


3.根据权利要求2所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述面心立方晶体结构的占比为95vol％～98vol％。


4.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层中与所述刀具基体表面平行且距离为h的面内AlxTi1-xCyN1-y粒子宽度的平均值为dh，则dh≤1.5μm。


5.根据权利要求1所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述Ti1-xAlxCyN1-y层的厚度为5μm～15μm，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层的纳米硬度≥30GPa。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述AlxTi1-xCyN1-y涂层与所述刀具基体之间还设有硬质基底层，所述硬质基底层的厚度为0.5μm～8μm，所述硬质基底层包括TiN层、TiCN层和h-AlN层中的至少一层。


7.根据权利要求6所述的涂层切削刀具，其特征在于，所述硬质基底层的厚度为0.8μm～5μm。


8.根据权利要求1～5中任一项所述的涂层切削刀具，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿峻，陈响明，王社权，温光华，李秀萍，
申请(专利权)人：株洲钻石切削刀具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43