一种涂层硬质合金切削刀具制造技术

本发明专利技术公开了一种涂层硬质合金切削刀具，该刀具包括硬质合金刀具基体及耐磨涂层，基体包含3.0wt.％～18.0wt.％粘结相、0～10wt.％除WC之外的来自第4、5和6副族的金属碳化物或金属碳氮化物，余量为WC，粘结相由金属元素构成或包括金属元素和固溶其中的Ru和/或Re；耐磨涂层至少包括Al

【技术实现步骤摘要】
一种涂层硬质合金切削刀具


[0001]本专利技术属于涂层切削刀具
，具体涉及一种涂层硬质合金切削刀具。

技术介绍

[0002]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到了关键作用，涂层切削刀具已成为现代刀具的重要标志。
[0003]硬质合金涂层刀具在切削加工过程中会产生大量热量，特别是目前提倡无冷却液的干式切削下，切削温度更高，刀具硬度会急剧下降，常规硬质合金刀具的寿命大大降低。随着切削温度升高，硬质合金基体中的粘结相会出现高温软化、氧化、扩散等问题，硬质合金组织结构发生改变，进而引起硬质合金基体发生塑性变形、涂层剥落，最终造成刀具的失效。
[0004]TiAlN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优良特性。由于Al原子与O原子具有良好的化学亲和性，在高温作用下会在刀具
‑
切屑接触区形成一层极薄的非晶态A12O3层，从而形成硬质惰性保护膜，因此，TiAlN涂层刀具即使在高温条件下依然可以保持其优良的抗磨损性能。
[0005]现已发现，在PVD和CVD涂层中，具有特定的晶粒择优取向的涂层显示出了不同的特性，并针对不同的加工工况显示出了不同的优异性能。W02016/148056公开了一种CVD
‑
Ti1‑
x
Al
x
C
y
N1‑
y
涂层及其制备方法，且限定在上部层fcc
‑
Ti1‑/>x
Al
x
C
y
N1‑
y
中Ti、Al周期性变化，且I(200)/I(111)>10；下部层：fcc
‑
Ti1‑
x
Al
x
C
y
N1‑
y
中Ti、Al无周期性变化，且I(200)/I(111)<3，但是，其在对涂层晶粒择优生长取向的描述中，采用了衍射峰相对强度的比值来定义，且其公开的内容中未涉及涂层硬度性能指标。随着研究的深入，针对不同的涂层材料，可采取不同的方式来得到不同的生长织构取向。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有优异的耐磨性能、抗高温变形性、抗高温氧化性和抗崩刃性能的涂层硬质合金切削刀具，该刀具在车削、铣削或钻削中具有优异的切削性能。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
[0008]一种涂层硬质合金切削刀具，包括硬质合金刀具基体以及设于硬质合金刀具基体上的耐磨涂层，所述硬质合金刀具基体包含以下质量分数的成分：3.0wt.％～18.0wt.％的粘结相、0～10wt.％除WC之外的来自第4、5和6副族的金属碳化物或金属碳氮化物，余量为WC；所述粘结相由金属元素构成，或者，所述粘结相包括金属元素和固溶于所述金属元素中的稀有金属元素Ru和/或Re；所述耐磨涂层具有2μm～25μm的总厚度，所述耐磨涂层至少包括Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层，其中，0.65≤x≤0.98，0.65≤x+y≤1.05，所述Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层具有相对于晶体{111}和{311}平面的择优织构取向，且织构系数满足：0.8≤TC(111)≤6.0、0.8≤TC(311)≤6.0且3.5≤TC(111)+TC(311)≤6.0，
[0009]TC(hkl)定义如下：
[0010][0011]其中，
[0012]I(hkl)＝(hkl)反射的测量强度；
[0013]I0(hkl)＝根据所应用的JCPDF卡第00
‑
46
‑
1200号的标准粉末衍射数据的(311)反射的标准强度；
[0014]I(hkl)
i
＝(hkl)
i
反射的测量强度；
[0015]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；
[0016]n＝计算中使用的反射的数量，n＝6；
[0017](hkl)
i
所使用的的(hkl)
i
反射晶面是：(111)、(200)、(220)、(311)、(331)和(420)。
[0018]上述的涂层硬质合金切削刀具，优选的，设所述金属元素占硬质合金刀具基体的质量分数为m
Me
，所述Ru占硬质合金刀具基体的质量分数为m
Ru
，所述Re占硬质合金刀具基体的质量分数为m
Re
，则0≤(m
Ru
+m
Re
)/m
Me
≤0.25。
[0019]上述的涂层硬质合金切削刀具，优选的，所述粘结相中的金属元素为Co、Ni和Fe中的一种或多种。
[0020]上述的涂层硬质合金切削刀具，优选的，所述Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层内与所述硬质合金刀具基体表面垂直的任意剖面，在沿Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层生长方向上，由富Ti层和富Al层交替构成，存在Ti和Al交替的周期性浓度变化，在富Ti层中的Al原子分数低于富Al层中的Al原子分数，富Ti层中的Ti原子分数高于富Al层中的Ti原子分数，且Al原子分数的最高峰位置对应着Ti原子分数的最低峰位置。
[0021]上述的涂层硬质合金切削刀具，优选的，所述Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层内与所述硬质合金刀具基体表面垂直的任意剖面，在沿Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层生长方向上，Al元素分布曲线上高于涂层中Al元素平均原子分数的区域为富Al层的周期宽度d
Al
，Al元素分布曲线上低于涂层中Al元素平均原子分数的区域为富Ti层的周期宽度d
Ti
，则0.1≤d
Al
/d
Ti
≤50，且0.1nm≤d
Al
≤100nm。
[0022]上述的涂层硬质合金切削刀具，优选的，所述Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层为面心立方(fcc)晶体结构。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂层硬质合金切削刀具，其特征在于，包括硬质合金刀具基体以及设于硬质合金刀具基体上的耐磨涂层，所述硬质合金刀具基体包含以下质量分数的成分：3.0wt.％～18.0wt.％的粘结相、0～10wt.％除WC之外的来自第4、5和6副族的金属碳化物或金属碳氮化物，余量为WC；所述粘结相由金属元素构成，或者，所述粘结相包括金属元素和固溶于所述金属元素中的稀有金属元素Ru和/或Re；所述耐磨涂层具有2μm～25μm的总厚度，所述耐磨涂层至少包括Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层，其中，0.65≤x≤0.98，0.65≤x+y≤1.05，所述Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层具有相对于晶体{111}和{311}平面的择优织构取向，且织构系数满足：0.8≤TC(111)≤6.0、0.8≤TC(311)≤6.0且3.5≤TC(111)+TC(311)≤6.0，TC(hkl)定义如下：其中，I(hkl)＝(hkl)反射的测量强度；I0(hkl)＝根据所应用的JCPDF卡第00
‑
46
‑
1200号的标准粉末衍射数据的(311)反射的标准强度；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，n＝6；(hkl)
i
所使用的的(hkl)
i
反射晶面是：(111)、(200)、(220)、(311)、(331)和(420)。2.根据权利要求1所述的涂层硬质合金切削刀具，其特征在于，设所述金属元素占硬质合金刀具基体的质量分数为m
Me
，所述Ru占硬质合金刀具基体的质量分数为m
Ru
，所述Re占硬质合金刀具基体的质量分数为m
Re
，则0≤(m
Ru
+m
Re
)/m
Me
≤0.25。3.根据权利要求2所述的涂层硬质合金切削刀具，其特征在于，所述粘结相中的金属元素为Co、Ni和Fe中的一种或多种。4.根据权利要求1～3中任一项所述的涂层硬质合金切削刀具，其特征在于，所述Al
x
Ti1‑
x
C
y
N1‑
y
涂层内与所述硬质合金刀具基体表面垂直的任意剖面，在沿Al
x
Ti1‑
x

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿峻，王社权，温光华，陈响明，汤爱民，
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：