涂层、用于涂覆的方法和经涂覆的切削工具技术

本发明专利技术公开了涂层、用于涂覆的方法和经涂覆的切削工具。涂层包含：第一基础层，所述第一基础层包含至少Al和Cr的氮化物；第二基础层，所述第二基础层包含至少Al和Cr的氮化物，所述第二基础层覆盖在所述第一基础层上；以及最外指示层，所述最外指示层覆盖在所述第二基础层上。所述第一基础层具有正残余压缩应力梯度。所述第二基础层具有基本上恒定的残余压缩应力。所述最外指示层包含Si和Me的氮化物，其中Me是Ti、Zr、Hf和Cr中的至少一个。所述最外指示层具有小于所述第二基础层的所述残余压缩应力的残余压缩应力。力的残余压缩应力。力的残余压缩应力。

【技术实现步骤摘要】
涂层、用于涂覆的方法和经涂覆的切削工具


[0001]本申请涉及涂层领域，具体是用于切削工具的涂层。

技术介绍

[0002]用于加工难切削材料(如钛合金和镍合金)的切削工具通常由主体和施加到主体上的涂层组成。涂层用于使切削工具更硬和/或更耐磨，以保护主体，并且提高切削性质。典型的涂层可以包含由硬质材料，如氮化铝钛制成的一个或多个层。物理气相沉积(PVD)方法通常在沉积氮化铝钛时使用，其中PVD涂层以相对较高的压缩应力沉积以提高性能。在相对较高的压缩应力下，在切削刃处或附近存在涂层过早分层的风险，特别是对于小珩磨大小(锋利的边缘)。
[0003]本专利技术的目的是为切削难切削材料，如钛和镍合金提供具有优异性能和增加的使用寿命的切削工具的改进涂层。

技术实现思路

[0004]在一个实施例中，一种涂层包含：第一基础层，所述第一基础层包含至少Al和Cr的氮化物，其中所述第一基础层具有残余压缩应力，所述残余压缩应力在厚度方向上变化，以限定从距基材第一距离处的第一残余压缩应力到距所述基材第二距离处的第二残余压缩应力的正残余压缩应力梯度，其中所述第二距离大于所述第一距离，并且其中所述第二残余压缩应力大于所述第一残余压缩应力；第二基础层，所述第二基础层包括至少Al和Cr的氮化物，所述第二基础层覆盖在所述第一基础层上，其中所述第二基础层具有在厚度方向上基本上恒定的残余压缩应力，其中所述基本上恒定的残余压缩应力大于或等于所述第一基础层的所述第二残余压缩应力；以及最外指示层，所述最外指示层覆盖在所述第二基础层上，其中所述最外层指示层包括Si和Me的氮化物，其中Me是Ti、Zr、Hf和Cr中的至少一个，其中所述最外指示层具有小于所述第二基础层的所述残余压缩应力的残余压缩应力。
[0005]在另一个实施例中，一种用于涂覆基材的方法包含：通过从第一基材偏置电压到第二基材偏置电压的逐渐增加的基材偏置电压下的物理气相沉积在所述基材上沉积包括至少Al和Cr的氮化物的第一基础层；通过大于或等于所述第二基材偏置电压的恒定基材偏置电压下的物理气相沉积在所述第一基础层上沉积包括至少Al和Cr的氮化物的第二基础层；以及在所述第二基础层上沉积最外指示层，其中所述最外指示层包括Si和Me的氮化物，其中Me是Ti、Zr、Hf和Cr中的至少一个，其中所述最外指示层是通过小于所述第二基础层的沉积期间施加的所述恒定基材偏置电压的基材偏置电压下的物理气相沉积来沉积的。
[0006]在又另一个实施例中，一种经涂覆的切削工具包含：基材，所述基材具有前刀面、后刀面和形成于所述前刀面和所述后刀面的交叉点处的切削刃；以及涂层，所述涂层覆盖在所述基材上。所述涂层包含：第一基础层，所述第一基础层包括至少Al和Cr的氮化物，其中所述第一基础层具有残余压缩应力，所述残余压缩应力在厚度方向上变化，以限定从距基材第一距离处的第一残余压缩应力到距所述基材第二距离处的第二残余压缩应力的正
残余压缩应力梯度，其中所述第二距离大于所述第一距离，并且其中所述第二残余压缩应力大于所述第一残余压缩应力；第二基础层，所述第二基础层包括至少Al和Cr的氮化物，所述第二基础层覆盖在所述第一基础层上，其中所述第二基础层具有在厚度方向上基本上恒定的残余压缩应力，其中所述基本上恒定的残余压缩应力大于或等于所述第一基础层的所述第二残余压缩应力；以及最外指示层，所述最外指示层覆盖在所述第二基础层上，其中所述最外层指示层包括Si和Me的氮化物，其中Me是Ti、Zr、Hf和Cr中的至少一个，其中所述最外指示层具有小于所述第二基础层的所述残余压缩应力的残余压缩应力。
[0007]通过以下详细描述、附图和所附权利要求，所公开的经涂覆的主体和用于涂覆的方法的其它实施例将变得显而易见。
附图说明
[0008]图1是根据本文所描述的实施例的经涂覆的主体的涂层的横截面的代表性视图。
[0009]图2是根据本文所描述的另一个实施例的经涂覆的主体的涂层的横截面的代表性视图。
[0010]图3是代表根据本说明书的一方面的残余压缩应力对距基材的距离的线图。
[0011]图4是代表根据本说明书的一方面的面心立方相体积分数和六方相体积分数对距基材的距离的线图。
[0012]图5是示出了根据本说明书的变体涂层#1、#2和#3与具有常规Alnova涂层的端铣刀切削工具相比的工具寿命结果的条形图。
具体实施方式
[0013]通过参考以下详细描述和实例以及其先前和以下描述，可以更容易地理解本文所描述的实施例。然而，本说明书不限于详细描述和实例中呈现的具体实施例。应认识到，这些实施例仅仅是对本说明书的原理的说明。
[0014]图1是根据本文所描述的实施例的经涂覆的主体10的涂层20的横截面的代表性视图。图2是根据本文所描述的另一个实施例的经涂覆的主体10的涂层20的横截面的代表性视图。参考图1和2，经涂覆的主体10的涂层20包含覆盖在基材11上的第一基础层22、覆盖在第一基础层22上的第二基础层23和覆盖在第二基础层23上的最外指示层24。
[0015]经涂覆的主体10可以具有与本说明书的目标不一致的任何形状。一方面，经涂覆的主体可以具有切削工具的形状。切削工具包含但不限于可转位切削刀片、端铣刀、锯片或钻头。可转位切削刀片可以具有用于铣削或车削应用的任何所需ANSI标准几何形状。经涂覆的切削工具的基材通常包含在基材的前刀面与至少一个后刀面的接合处形成的一个或多个切削刃。一方面，一个或多个切削刃可以具有至多10微米的边缘半径。在具体实例中，切削工具是端铣刀。
[0016]经涂覆的主体的基材11可以包含不违背本说明书的目的的任何基材。经涂覆的主体的示例性基材包含由硬质合金、碳化物、多晶金刚石、多晶立方氮化硼、陶瓷、金属陶瓷、钢或其它合金形成的基材。
[0017]在具体实例中，基材由硬质合金形成。硬质合金基材可以包含碳化钨(WC)。WC可以与本说明书的目的不矛盾的任何量存在。例如，WC可以以至少70重量％、至少80重量％、或
至少85重量％的量存在。另外地，硬质合金的金属粘结剂可以包含钴或钴合金。例如，钴可以以在1重量％到15重量％的范围内的量存在于硬质合金基材中。在一些实施例中，钴以在5
‑
12重量％或6
‑
10重量％的范围内的量存在于硬质合金基材中。进一步，硬质合金基材可以展现在基材的表面开始并且从基材的表面向内延伸的粘结剂富集区。
[0018]硬质合金基材还可以包含一种或多种添加剂，例如以下元素和/或其化合物中的一种或多种：钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪。在一些实施例中，钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪与基材的WC一起形成固溶体碳化物。在此类实施例中，基材可以包含在0.1
‑
5重量％的范围内的量的一种或多种固溶体碳化物。另外地，硬质合金基材可以包含氮。
[0019]第一基础层22包含至少Al和Cr的氮化物，具体是AlCrN，更具体是Al
x
Cr1‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂层，其包括：第一基础层，所述第一基础层包括至少Al和Cr的氮化物，其中所述第一基础层具有残余压缩应力，所述残余压缩应力在厚度方向上变化，以限定从距基材第一距离处的第一残余压缩应力到距所述基材第二距离处的第二残余压缩应力的正残余压缩应力梯度，其中所述第二距离大于所述第一距离，并且其中所述第二残余压缩应力大于所述第一残余压缩应力；第二基础层，所述第二基础层包括至少Al和Cr的氮化物，所述第二基础层覆盖在所述第一基础层上，其中所述第二基础层具有在厚度方向上基本上恒定的残余压缩应力，其中所述基本上恒定的残余压缩应力大于或等于所述第一基础层的所述第二残余压缩应力；以及最外指示层，所述最外指示层覆盖在所述第二基础层上，其中所述最外层指示层包括Si和Me的氮化物，其中Me是Ti、Zr、Hf和Cr中的至少一个，其中所述最外指示层具有小于所述第二基础层的所述残余压缩应力的残余压缩应力。2.根据权利要求1所述的涂层，其中所述第一基础层包括交替的子层，其中所述交替的子层包含具有第一Al:Cr比率的第一子层和具有第二Al:Cr比率的第二子层，其中所述第一比率不同于所述第二比率。3.根据权利要求1到2中任一项所述的涂层，其中所述第二基础层包括交替的子层，其中所述交替的子层包含具有第一Al:Cr比率的第一子层和具有第二Al:Cr比率的第二子层，其中所述第一比率不同于所述第一比率。4.根据权利要求1到3中任一项所述的涂层，其中所述第一基础层包括至少90vol.％的面心立方晶相。5.根据权利要求1到4中任一项所述的涂层，其中所述第一基础层具有面心立方晶相体积分数，所述面心立方晶相体积分数在所述厚度方向上变化，以限定从在距所述基材所述第一距离处的第一面心立方晶相体积分数到在距所述基材所述第二距离处的第二面心立方晶相体积分数的梯度，其中所述第二面心立方晶相体积分数大于所述第一面心立方晶相体积分数。6.根据权利要求1到5中任一项所述的涂层，其中所述第二基础层具有在厚度方向上基本上恒定的面心立方晶相体积分数，其中所述基本上恒定的面心立方晶相体积分数大于或等于所述第一基础层的所述第二面心立方晶相体积分数。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：J科尔申，
申请(专利权)人：肯纳金属公司，
类型：发明
国别省市：