本发明专利技术涉及一种切削工具刀片，其包括由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼基材料或高速钢构成的硬合金基体，和硬质耐磨涂层，所述涂层包括一层或几层，其中的至少一层是（Ａｌ，Ｃｒ）↓［２］Ｏ↓［３］层。本发明专利技术对于铸铁的机械加工特别有用。具有２－２０μｍ的总厚度的所述涂层包括一层或几层，其中的至少一层是厚度为１－５μｍ、具有刚玉相晶体结构、且组成为（Ａｌ↓［１－ｙ］Ｃｒ↓［ｙ］）↓［２］Ｏ↓［３］（其中０．４≤ｙ≤０．６）的（Ａｌ，Ｃｒ）↓［２］Ｏ↓［３］层。所述（Ａｌ，Ｃｒ）↓［２］Ｏ↓［３］层进一步的特征是具有纤维织构，所述纤维织构沿着所涂覆表面的法线方向呈旋转对称，基面相对于所涂覆表面法线的倾角为φ、或极坐标中最高峰对应的倾角为φ，其中４０°＜φ＜７０°，这是通过例如电子背散射衍射（ＥＢＳＤ）或者Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）所测定的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于通过排屑来进行机械加工的工具，其包括由 硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼基材料或高速钢构成的硬合 金基体，和硬质耐磨氧化物，该工具被设计用来优选在高的切削速度 下机械加工铸铁。所述涂层由一层或多层构成，其中的至少一层是织构化的物理气相沉积(PVD)的刚玉相含铬氧化铝(Al，Cr)203。
技术介绍
在例如EP 603144、 EP 1528125、 EP 1477581、 EP 659153、 EP 1655387 、 EP 659903 、 EP 738336 、 EP 1655388 、 EP 1655392 、 US 2007/104945、 US 2004/202877中公开了用化学气相沉积(CVD)制造 的织构化的01-八1203层。EP 1479791公开了由硬质合金或金属陶瓷、和硬质涂层构成的切 削工具；其中的硬质涂层含有由CVD形成的01-八1203层，该a-Al203 层在测量a-Al203的基面相对于表面法线的倾角时在0-10度的范围具 有最高峰，这是通过电子背散射衍射(EBSD)所测定。EP 744473公开了由PVD制造的织构化的丫-八1203层。US 5310607公开了含有(Al，Cr)203晶体、以及铬含量高于5 at。/o的 涂层，其中(Al,Cr)203是单晶体。该涂层是在低于90(TC的温度下沉积 的。该硬质涂层是用CVD或PVD工艺来沉积的。当使用涂覆有氧化铝的硬质合金工具来机械加工钢时，切削边缘 根据不同的磨损机制被磨损，诸如化学磨损、磨料磨损、粘着磨损，和由沿着切削刃形成的裂纹而引发的崩刃。任何一种磨损机制的支配 程度均是由其应用情况所决定的，并且依赖于被加工的材料的特性、 所应用的切削参数和工具材料的特性。通常，同时改进所有的工具特 性是非常困难的，商售的硬质合金等级已通常针对一种或几种上述的 磨损类型进行了优化，并因此而优选用于特定的应用领域。这可以， 例如，通过控制氧化铝层的织构来实现。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供涂覆有耐磨硬质氧化物的切削工具，其 对于铸铁的机械加工具有提高的性能表现。根据本专利技术的切削工具刀片包含由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、 立方氮化硼基材料或高速钢构成的硬合金基体，包括具有优异的金属加工特性的刚玉相(Al,Cr)203的织构化氧化物层。 附图说明图la示出了标记有a-轴(100)、 b-轴(010)、和c-轴(001)的六方晶结构的示意图。图lb示出了标记有所涂覆表面(S)，六方晶结构(图la)的c-轴(001) 的内倾角((Pi)和外倾角(9。)，和所涂覆表面的法线(n)的纤维织构的示意 图。图2示出了沉积室的示意性侧视图，显示了 (l)真空室，(2a)阴 极材料A， (2b)阴极材料B， (3)夹紧装置，(4)用于偏压的电源，(5a)阴 极电弧电源，(5b)阴极电弧电源，(6)工艺气体的入口，和(7)用于真空 泵的出口。图3示出了根据本专利技术的涂层断开的横截面的次级模式的扫描电 子显微镜图。(A)基体，(B)粘合层，(C)(Al,Cr)O层，(D)(Al,Cr)N层， 和(E)TiN层。图5示出了根据本专利技术的(Al,Cr)203层的(A)(001)的极图，和 (B)(001)的极坐标曲线图。具体实施例方式根据本专利技术，提供一种用于通过排屑来进行机械加工的切削工具， 在铸铁的金属切削方面特别有效，其包括由硬质合金、金属陶瓷、陶 瓷、立方氮化硼基材料或高速钢构成的硬合金基体，在该基体上沉积 有涂层，所述涂层包括根据现有技术，优选例如TiN或(Al，Cr)N的第一(最内侧的)粘合层 (图3(B))，厚度优选小于0.5^m。具有0.4^^0.6的(Al!-yCry)2O3层，优选y-0.5，厚度为0.5-1 (^m、 优选为l-5nm、最优选为2-4pm，具有织构化的柱状晶粒。该(Al. Cr)203层具有通过PVD形成的刚玉结构，和纤维织构，所述纤维织构沿着所 涂覆表面的法线方向呈旋转对称，基面相对于所涂覆表面法线的倾角 为cp(图lb)(图5A)、或极坐标中最高峰对应的倾角为cp(图5B)，其中 40° <(p<70° 、优选50° <cp<60° ，这是通过例如电子背散射衍射 (EBSD)或者X射线衍射(XRD)所测定的。所述(Al，Cr)O层具有-4.5〈o〈-0.5Gpa、优选为-3.(Xo〈-1.0Gpa的压应力水平。(A"-yCry)203的组分y是通过例如EDS或WDS所测定的。所述基体根据现有技术可以进一步涂覆有例如TiN、TiC、Ti(C,N)、 (Al,Cr)N或(Ti,Al)N、优选为(Ti,Al)N、 (Al,Cr)N的内侧单一层和/或多 层涂层，禾口/或例如TiN、 TiC、 Ti(C，N)、 (Al，Cr)N或(Ti,Al)N、优选为 (Ti,Al)N、 (Al，Cr)N的外侧单一层和/或多层涂层，涂覆的总厚度为1至 20|im、优选为1至10pm、以及特别优选为2至7pm。用于本专利技术涂层的沉积方法是基于合金或复合阴极在下列条件下的阴极电弧蒸发(八1，0)203层使用具有在(40 at% Al + 60 at% Cr)和(60 at% Al + 40 at% Cr)之间、优选在(45 at% Al + 55 at% Cr)和(55 at% Al + 45at。/。Cr)之间的组分的Al+Cr-阴极来生长。根据阴极的尺寸，蒸发电 流是在50A到200A之间，并优选使用直径为63mm的阴极时蒸发电 流在60A到90A之间。所述层是在Ar+Ch的气氛中生长的、优选在纯 02的气氛中生长，在l.OPa至5.0Pa的总压力下、优选为l.OPa至3.5Pa。 偏压是-50V至-200V、优选为-100V至-150V。沉积温度是在40(TC至 600。C之间、优选为400°C至500°C。本专利技术也涉及根据上面描述的切削工具刀片用于铸铁的机械加工 的应用，其中使用75-600m/分钟、优选150-500m/分钟的切削速度，根 据切削速度和刀片几何形状，在铣削的情况下，使用0.08-0.5mm、优 选0.1-0.4mm每齿的平均送进量。实施例1级别A:使用具有组分为5 wt% Co和余量的WC的硬质合金刀片。在沉积前，将该刀片在碱溶液和酒精的超声波浴中清洗。系统被 抽真空至低于2.0xl(^Pa的压力，之后将该刀片用Ar离子溅射清洗。 首先是，生长0.2pm厚的TiN的粘合层，接着是2.5pm厚的织构化的 (Al，Cr)203层，其是通过使用直径为63mm的合金化(50 at% Al + 50 at% Cr)阴极(图2a中的位置(2a)和(2b))的阴极电弧蒸发来生长的，在 99.995%的纯02气氛中、在2Pa的总压下、和约450°C的沉积温度下沉 积至3pm的总涂层厚度。沉积过程中，蒸发电流为75A，偏压保持在 -75V。最后，涂覆由0.3nm(Al,Cr)N和0.2|imTiN构成的顶部彩色涂层。在图3中显示涂层断开的横截面SEM显微图，其中(A)基体，(B) 粘合层，(C)(Al，Cr)O层，(D)(Al,Cr)N层，和(E)TiN层。所本文档来自技高网...
【技术保护点】
切削工具刀片，包括由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼基材料或高速钢构成的硬合金基体，和硬质耐磨涂层，所述涂层包括一层或几层，其中的至少一层是（Ａｌ，Ｃｒ）↓［２］Ｏ↓［３］层，其特征在于所述层具有刚玉相晶体结构，组分为（Ａｌ↓［１－ｙ］Ｃｒ↓［ｙ］）↓［２］Ｏ↓［３］，其中０．４≤ｙ≤０．６、优选ｙ＝０．５，厚度为０．５－１０μｍ、优选为１－５μｍ，并且所述层具有纤维织构，所述纤维织构沿着所涂覆表面的法线方向呈旋转对称，并且基面相对于所涂覆表面法线的倾角φ为４０°＜φ＜７０°，或极坐标中最高峰对应的倾角φ为４０°＜φ＜７０°。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马茨约翰松，托米拉尔森，
申请(专利权)人：山高刀具公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]
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