一种工具表面的抗磨损涂层制造技术

本实用新型专利技术公开了一种工具表面的抗磨损涂层，其特征在于在工具与工件接触面上的涂层的外层涂层由至少一层低摩擦的物质组成的涂层构成；涂层内层由至少一层高硬度的物质组成的涂层和／或交替涂层够成，其中高硬度的物质由至少一种从元素周期表中的Ｉｖｂ、Ｖｂ或Ｖｉｂ组中选择的过渡金属和硅与氮形成的化合物，交替涂层由氮化物构成。该抗磨损涂层，通过改变涂层分布及组成，增加工具的耐磨度和光滑度，以增加工具的使用寿命。另外，由于其结构简单，便于生产，而且成本低廉适于在工具涂层行业广泛推广。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种工具表面的抗磨损涂层，尤其涉及一种外涂层为低摩擦涂 层区域和内涂层为高硬度涂层的工具表面抗磨损涂层。
技术介绍
目前，刀具通常由于切削摩擦过大导致温度过高，从而制约着工具的使用寿 命，受之影响降低了切削速度。在切削和成型过程中的温度取决于工具和工件之间的摩 擦性能。降低摩擦系数，即可降低温度，从而降低磨损率，改善工具的切削性能。过渡金属元素，如钛，钒，铬(元素周期表中组Ivb，Vb, Vib)与硼，碳，氮形 成了化合物。这些难熔的化合物因为在涂层中显露的优秀的性能(如高温强度，/硬度， 抗磨损能力，极高的化学稳定性和与工件之间较小的相溶性)，使之得到广泛的应用。当 这些难熔金属单独作为切削工具涂层时，它们不具有必要的润滑性能。二硫化钼具有润滑性能，Donleyetal.在美国专利号为5,002,798和Suhret al.在 美国专利号为4,975,340中各自公开了一种二硫化钼薄层的制造方法。Rechberger et al.在美国专利号为5,965,253中公开表现出二硫化钼涂在切削工 具上的用法。尽管有完整的概述，Rechberger et al.仅在专利中第4列第48-51行建议使 用二硫化钼涂在一种坚硬金属上(如碳化物，氮化物，碳氮化物和氧化物)。Bergmann在美国专利号为5,707,748 (美国专利号为5,830,531)中公开表现 了在切削工具上涂一种坚硬涂层，坚硬涂层上涂一种减小磨擦的涂层。Bergmann建议在 碳或碳化物(如硬质合金，碳化铬，碳化硅，碳化钛)/碳的组合物中使用。Bergmami在 美国专利号为4,992,153中公开表现了专利(美国专利号为5,707,748)涂层的应用方 法。Konig et al.在美国专利号为5,707,748B1中公开表现了一种具有紧贴底部的坚 硬涂层的切削工具。外部的二硫化钼涂层涂于坚硬涂层之上。一层很薄的金属薄层(如 碳化钛，碳氮化钛，碳氮化锆)能被涂于二硫化钼涂层之上。拥有选择余地，二硫化钼涂层应该是由二硫化钼和金属薄层进行复合涂层。TEER et al.在 PCT Patent Publicaton WO 00/55385中公开应用于之前讨论过的WOOO/55385中的碳涂层的方法。这份文件公开了含金属层和碳层的交替涂层。如在WO 00/55385中一 样，WO 99/27893文件将铬和钛视为首选的金属组成物质。喷涂应在氮气气氛中进行， 从而形成金属氮化物和金属碳化物。焦点集中在医用假肢。TEERetal.在欧洲专利0 842 306B1联系到金属-硫涂层，正如二硫化钼。这个 专利公开了 MoS2/TiN或MoS2/Ti的涂层序列，10-18行，可能确认的涂层有直接涂于 底面的MoS2;紧随MoS2之后的钛涂层(通常厚度)；紧随MoS2之后的氮化钛涂层(通常 厚度)；紧随MoS2和最高至40%的钛的混合物(MoS2/Ti)之后的Ti涂层(通常厚度)； 紧随MoS2和最高至40%的TiN的混合物(MoS2/TiN)之后的TiN涂层(通常厚度)；直接涂在底面上的MO&和最高至40%的钛的混合物涂层；直接涂在底面上的MO&和最高 至40 %的TiN的混合物涂层。Freller et al.显露了公开一种带有气孔的高硬度涂层(如，氮化钛)。这些气孔 旨在容纳固体润滑剂(如二硫化钼)。在某些情况下，顶部的润滑层应包括一种金属添加剂。就此而言，在氮化钛 和氮化铝钛涂层的切削工具的顶部表面涂层由二硫化钼和钛的共同镀层形成。(Fox， V.C.，Teer, D.G.，et al., "The Structure of Inproved TtibologicallyImproved MoS2-Metal Composite Coatings and Their InductrialApplications, ” Surface and Coating Technology116-119(1999)492-497)。沿着同样的思路，增添的二硫化钼至氮化钛和氮化钛铝图层在 提高高速钢钻头寿命上优于氮化钛或氮化钛铝涂层。就润滑涂层而言，碳和C/Cr薄层被发现具有良好的低摩擦性能(Yang，S., Teer, D.G.， "Investigation of Sputtered Carbon and Carbon/ChromiumMuti-Layered Coatiings, ” Surface and CoatingsTechnology, 131 (2000)412-416.美国专利号 为5J68,216to Keem et al.表明了 二硫化钼和一种金属(如，铌，金或银)的交 替涂层。此外，氮化碳薄层CNX，具有好的低摩擦性能(Chen，Y.H.，et al.,"Synthesis and Structure ofSmooth, Superhard TiN/SiNx Multilayer Coatings with an EquiaxedMicrostructure, ” ICMCTF 2001)。迄今为止，高硬度涂层包括一种或多种钛，铝和硅的氮化物。这些涂层已被结 合应用于切削工具。氮化钛铝硅对切削工具显示出良好的性能(HOLUBAR，P., Jileck, M.，Sima, M.，Surface Coating Technologyl20/121 (1999) 184-188)。这些涂层的组合类型形成了同 时地钛(或钛和铝)和硅的共同涂层，和用在大量论文中描述的多样的方法对氮与之进行 反应。Tanaka et al.在美国专利号为5,580,653描述的氮化钛铝和碳化铝钛硅单一涂层在切削工具中应用会提高耐磨性。Brauendeletal.在美国专利号为6,274,249中描述了 Me (C，N)的单一涂层镀于 特定工具(硬质合金立铣刀)，Me由钛和铝，和如B，Zr, Hf, Y，Si，W, Cr之中选 取的至少一种元素。Hoffman et al.公开了氮化钛铝多层涂层设计用于切削工具。硅应该是涂层中一 种元素。另一种例子是一种涂层设计由纳米级厚度TiN(或TiAlN)，和SiN。由于改善了4硬度性能，TiN/SiN涂层在报告中显示出比TiN三分之一的磨损率(Chen，M-Y.et al.， "Synthesis and Tribological Properties of CarbonNitride as a Novel Superhard Coating and Solid Lubricant, ” journal anddate unknown, Northwestern University.)难熔层可以进一步改善合 并一种或多种合金元素Cr，Mo, Nb, Y与TiSiN的微米级涂层，TiN在TiN/SiN的复合 涂层中，和TiAlN在TiAlN/SiN复合涂层中。
技术实现思路
本技术针对以上问题的提出，而研制一种一个外部低摩擦涂层区域和一个 内部高硬度涂层区域。作为一种选择，在底层用一种粘结涂层区域连接高硬度涂层区 域。作为另一种选择，用一种粘结涂层置于外部低摩擦涂层和内部高硬度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工具表面的抗磨损涂层，其特征在于在工具与工件接触面上的涂层的外层涂层由至少一层低摩擦的物质组成的涂层构成；涂层内层由至少一层高硬度的物质组成的涂层和至少三个交替涂层够成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江延军，王峰，王海洲，
申请(专利权)人：大连远东工具有限公司，
类型：实用新型
国别省市：91[中国|大连]