切削工具用多层硬膜制造技术

本发明专利技术涉及一种切削工具用多层硬膜，提供一种在切削工具上区分组成比与膜结构各不同的基层、中间层、顶层连续沉积，从而可以降低在高速切削加工时所发生的剥离以及工具磨损现象的切削工具用多层硬膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种膜，其形成在刀片、立铣刀、钻头等硬质合金以及金属陶瓷刀 具等切削工具(可转位刀片)的表面上，尤其涉及一种切削工具用多层硬膜，其具有组成 比与膜结构分别不同的基层、中间层以及顶层并连续沉积，从而可以提高耐磨性以及耐 氧化性。
技术介绍
一般，为了提高耐磨性，在切削工具/耐磨性工具上利用物理汽相沉积(vapor deposition)法的电弧法(arc process)与溅射法等沉积TiN，TiCN, TiAlN等N系涂层硬质合金，该些膜中，高温中的耐磨性最优秀以及最近在金属切削领域最引人注目的是TiAlN 涂层硬质合金。但是，TiAlN膜虽然其硬度高、耐磨性优秀，但与TiN、TiCN膜相比，其耐冲击性较弱，不适合用于施加冲击的工作条件或者中低速条件，TiN、TiCN根据加工条件 有可能发生同样的情况。根据沉积方法以及沉积因素的变化，可以提高耐磨性以及耐冲击性，但很难提 高所有性能。一般，耐磨性与耐冲击性是物性相反的，因此很难同时得以改善，根据各 膜的适用领域或者用途来决定膜的物性，但是，在实际加工时，一般同时要求耐磨性与 耐冲击性，因此，在各种加工条件以及加工物沉积具有适当的物性的膜是不可能的。根据所述必要性，如本申请人于2003年6月30申请的大韩民国专利申请第 200343513号公报，最近提出了能够减少因机械冲击的破损率的2次性方法，该方法并不 试图改善膜本身的物性，而是在耐磨性优秀的TiAlN膜结合润滑性优秀的TiN膜或者其他 膜从而减少因机械冲击的破损率。但是，在此情况，除沉积主膜的蒸发源之外还需要用于沉积润滑膜的另一个蒸 发源，由于减少了蒸发源，因此存在需要沉积时间长的问题，没有改善膜本身的根本物 性，所以切削时发生工具的破损。为了解决所述问题，由本申请人的大韩民国专利授权第100622912号“耐冲击 以及耐磨性出色的TiAiN系多层硬膜”已被授权，但具有提高耐磨性以及耐氧化性有限 制的缺点。另外，最近的工业技术动向是为提高生产性要求高速加工化，根据此动向，代 替TiN与TiCN，一般使用具有进一步提高的耐氧化性的TiAlN膜的切削工具。而且，由于切削加工速度逐渐高速化，也持续开发膜，例如，美国专利 US5580653中，为了改善耐氧化性，提出对AiTiN膜结构添加Si元素的单膜，在美国专 利US6586122中，提出第二膜结构为根据Si含量的高低以两种膜为一个周期的多层膜结 构。但是，在此处含有Si元素的膜与没有含有Si元素的膜相比具有相当高的压缩应 力，因此存在脆性较强的问题，并且，由于该压缩应力高，因此将含有Si元素的膜直接3沉积在切削工具上时，容易发生剥离现象。为了解决所述问题，在切削工具上沉积未含有Si元素的膜，为了提高耐磨性与 耐氧化性，提出Si元素比各不同的多层膜技术。但是，所述技术是在PVD涂层装置内必须设置两个以上Si含量不同的对象物 源，并且，添加Si的对象物的费用高，因此存在经济效应差的问题。因此，实现以下多层膜结构，即只设置一个Si元素的对象物或者只设置一个添 加了 Cr元素的对象物，不但经济效果好，而且重要的是提高了所述引用文件所要求的 耐磨性与耐剥落性的多层膜结构以及在此基础上同时提高耐磨性与耐氧化性的多层膜结 构。
技术实现思路
本专利技术为解决所述问题点而提出的，其目的在于提供一种用于可转位刀片的多 层硬膜，通过在刀片上以各不相同的组成比和膜结构顺序沉积基层、中间层以及顶层， 从而可以减低在高速切削加工中所发生的剥离、工具磨损现象。本专利技术的另一目的在于，提供一种提高耐磨性与耐氧化性的切削工具用多层硬 膜，将组成比各不同的A层、B层、C层以及D层以A/B/C/D或者A/D/C/B的顺序作 为一个沉积周期来沉积。为达成所述目的，根据本专利技术的一实施例的切削工具用多层硬膜，为了提高紧 贴力以及面(200)的晶体取向，通过物理汽相沉积法在硬质合金的刀片、立铣刀、钻头 或者金属陶瓷刀片上沉积基层，接着沉积作为中间层的(Ti、A1)N多层膜以提高耐冲击 性以及耐剥落性，然后通过交替堆叠A层、B层、C层以及D层来形成顶层，其中 A、C层的膜组成比, 0.3<x<0.5, 0.5<y<l, B层的膜组成比，0.6<q<0.8, 0.5<r<l, D层的膜组成比N ； M0.3<a<0.5, 0.02<b<0.08所述基层的膜组成由组成式1实现；中间层的膜结构是交替沉积由组成式1、2 实现的A层/B层/C层的多层膜；顶层膜结构用于提高耐磨性以及耐氧化性，膜结构是 将由组成式1、2、3实现且组成比分别不同的A层、B层、C层以A/B/C/D层或者A/ D/C/B层的顺序交替沉积。所述为基层膜的(Ti，A1)N单膜的厚度是0.05 0.7 μ m，所述为中间层的膜是 交替沉积由组成式1、2实现的A/B/C层的多层膜，其厚度是1.0 20.0 μ m，沉积基周 期为1.0 50.0nm范围的多层膜结构，在所述顶层膜结构中，A层与C层的膜组成比总 是相同，在A层与C层之间必须交替沉积B层或D层中的一层，将A、B、C、D层为 一个沉积周期(λ = 1.0 50nm)，顶层膜厚度为0.5 5um。包括所述基层、所述中间层以及所述顶层的厚度在1.0 30.0 μ m范围。本专利技术的特点及和优点通过根据附图的详细说明将会更加明确。本说明书以及权利要求范围中所使用的术语以及单词不得解释为通常的辞典上的概念，专利技术人为了以 最佳的方法说明自己的专利技术，根据可适当定义术语的概念的原则，应解释为符合本专利技术 的技术思想的含义及概念。根据本专利技术的切削工具用多层硬膜，在切削工具或要求耐磨性的工具的表面沉 积多层膜，先在基层沉积(Ti、A1)N单膜，接着在中间层沉积提高了耐冲击性以及耐剥 落性的(Ti、A1)N多层膜，最后在顶层形成提高了耐磨性以及耐氧化性的(Al、Ti、Si)N 多层膜，从而可以提高紧贴力以及稳定地排列晶体。尤其，基层(Ti、A1)N单膜是用于提高紧贴力以及(200)面的晶体取向的层， 组成式满足(Ti(l-x)Alx)(此处，原子比为0.3众动.5)，平均膜厚为0.05 0.7 μ m，为 中间层的(Ti、A1)N多层膜用于提高耐冲击性以及耐剥落性，组成式将两种类膜相交替 沉积为原则，一个膜组成式满足(Ti(l-z) Alz)N(此处，原子比为0.6立动.8)单膜，另 一个膜组成式满足(Ti(1-q) Alq)N(此处，原子比为0.3匆动.5)单膜，平均厚度为1.0 20.0 μ m，平均沉积周期(λ )为1.0 50.0nm。为顶层的(Ai、Ti、Si)N多层膜用于提高耐磨性以及耐氧化性，膜结构是原 则上将组成比分别不同的A层、B层、C层以A/B/C/D层或者A/D/A/B层的顺序 交替沉积。组成比相同的A层与B层的组成式满足(Ti(l-x)Alx)N(此处，原子比为 0.3<x<0.5), C层的组成式满足(Ti(1-q) Alq)N(此处，原子比为0.6匆《0.8)，D层的组 成式满足N(此处，原子比为0.3《匕0.5，0.02<b<0.08),平均膜厚为 0.5 5.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切削工具用多层硬膜，基层通过物理汽相沉积法沉积在硬质合金的刀片、立铣刀、钻头或者金属陶瓷刀片上，以提高紧贴力以及面（２００）的晶体取向；中间层为（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ多层膜，随后被沉积，以提高耐冲击性以及耐剥落性；然后顶层通过交替堆叠Ａ层、Ｂ层、Ｃ层以及Ｄ层而形成，其中：［组成式１］：Ａ、Ｃ层的膜组成比［Ｔｉ（１－ｘ）Ａｌｘ］［Ｃ（１－ｙ）Ｎｙ］，０．３≤ｘ≤０．５，０．５≤ｙ≤１，［组成式２］：Ｂ层的膜组成比［Ｔｉ（１－ｑ）Ａｌｑ］［Ｃ（１－ｒ）Ｎｒ］，０．６≤ｑ≤０．８，０．５≤ｒ≤１，［组成式３］：Ｄ层的膜组成比［Ａｌ（１－（ａ＋ｂ））ＴｉａＭｂ］Ｎ；Ｍ［Ｓｉ，Ｃｒ］０．３≤ａ≤０．５，０．０２≤ｂ≤０．０８，所述基层的膜组成由组成式１实现；中间层的膜结构是多层膜，该多层膜是通过交替沉积组成式１、２所实现的Ａ层／Ｂ层／Ｃ层而形成；顶层的膜结构通过以Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ层或者Ａ／Ｄ／Ｃ／Ｂ层的顺序交替堆叠组成式１、２、３所实现且具有不同的组成比的Ａ层、Ｂ层、Ｃ层而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金亨权，康在勋，金正郁，安承洙，安鲜溶，
申请(专利权)人：韩国冶金株式会社，
类型：发明
国别省市：KR