多层涂覆切削工具制造技术

技术编号:6687195 阅读:261 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种多层涂覆切削工具。具体地,本发明专利技术涉及一种涂覆切削工具,该切削工具包含基材和PVD涂层,该PVD涂层包含最外区域C,该最外区域C是如下元素的氮化物、碳化物或者硼化物或者其混合物,所述元素为Si和至少两种另外的选自Al、Y和周期表的第4、5和6族的元素,并且区域C不具有Si的平均含量的组成梯度。区域C具有交替的单个层X和Y的层状非周期性多层结构,所述层X和Y具有彼此不同的组成。所述涂层还包含最靠近所述基底的区域A和过渡区域B,其中:区域A基本不含Si,并且区域B包括Si的平均含量的组成梯度,其中Si的平均含量朝向区域C增加。本发明专利技术还涉及制造根据以上所述的涂覆切削工具的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种涂覆有PVD涂层的切削工具,所述PVD涂层具有非周期性多层结 构,该结构朝向基材具有增加的韧度。特别地,本专利技术涉及这样一种涂层,该涂层包含具有 组成梯度的(Ti,Al,Cr,Si)N层。
技术介绍
切削工具通常具有利用物理气相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)沉积的涂 层以增加所述工具的寿命。用于切削工具的普通的PVD涂层是Ti、Al、Cr和Si的氮化物。 特别地,含有硅的氮化物已知具有高的硬度并且还具有非常良好的耐磨性。具有高硬度的 (Ti,Al,Cr,Si)N PVD涂层在本
中是已知的。EP 1939328 Al描述了一种包含基材和涂层的切削工具。所述涂层包含具有不同 组成的交替的单个金属氮化物层X和Y的非周期性多层结构,其中所述涂层的平均组成是 (Ti(1-a-b-c)AlaCrbSic) N,其中 0 < a < 0. 5、0 < b < 0. 15,0. 01 < c < 0. 17,并且 a+b+c < 1。US 2006/0222893 Al公开了一种多层涂层,该多层涂层包含重复的层堆叠体,该 层堆叠体包含至少一个50-150nm的(Al,Cr)N层和/或至少一个75_200nm的(Ti,Si)N 层的层,和至少一个(Al, Cr, Ti,Si)N+(Ti, Si)N+(Al, Cr, Ti,Si)N+(Al, Cr)N 的层堆叠体。 该混合的(Al,Cr,Ti,Si)N层具有多层结构并且是通过同时操作所有的靶而实现的。所述 (Al,Cr,Ti,Si)N 层具有 20+10nm 的厚度。EP 1 726 686 Al公开了一种硬质涂覆部件,该部件包含如下涂层,所述涂层包含 最下层、中间叠层和最外层,其中所述最下层和最外层是均质层。所述中间叠层包含交替的 层A和B,所述层A和B是金属组成AlwCrxTiySiz的氮化物、硼化物、碳化物和氧化物。虽然这种硬质涂层具有非常好的耐磨性,但是它们还可能是脆性的,当被沉积到 具有高韧度的基材上以及被沉积到具有锐利几何形状的基材上时,这可能引起问题,例如 剥落。如果所述涂层还具有高的残留压缩应力,则所述剥落将更严重,特别是在钻具上的刃 口、拐角等周围处。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种具有如下涂层的涂覆切削工具,所述涂层具有改 进的耐剥落性而不降低表面硬度。本专利技术的另一个目的在于提供一种更加适用于韧性基材 的硬质涂层。这是通过如在独立权利要求中限定的涂覆切削工具和方法实现的。根据本专利技术的涂覆切削工具包含基材和PVD涂层,该PVD涂层包含最外区域C,该 最外区域C是如下元素的氮化物、碳化物或者硼化物或者其混合物,所述元素为Si和至少 两种另外的选自Al、Y和周期表的第4、5和6族的元素,并且其中区域C不具有Si的平均 含量的组成梯度。区域C具有交替的单个层X和Y的非周期性多层结构,其中所述层X和 Y具有彼此不同的组成。所述涂层还包含最靠近所述基材的区域A和过渡区域B,其中-区域A基本不含Si,并且-区域B包含Si的平均含量的组成梯度,其中Si的平均含量朝向区域C增加。区域B优选也具有带有交替的单个层X和Y的非周期性多层结构,其中所述层X 和Y具有彼此不同的组成。根据本专利技术的方法包括以下步骤提供硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼或 者高速钢的基材,通过PVD技术将包含最外区域C的涂层沉积到所述基材上,所述最外区域 C是如下元素的氮化物、碳化物或者硼化物或者其混合物,所述元素为Si和至少两种另外 的选自Al、Y和周期表的第4、5和6族的元素,其中区域C不具有Si的平均含量的组成梯 度,并且其中区域C具有交替的单个层X和Y的非周期性多层结构,所述层X和Y具有彼此 不同的组成。所述涂层还包含最靠近所述基材的区域A和在区域A和区域C之间的过渡区 域B,其中-区域A基本不含Si,并且-区域B包含Si的平均含量的组成梯度,其中Si的平均含量朝向区域C增加。区域B优选也具有交替的单个层X和Y的非周期性多层结构,其中所述层X和Y 具有彼此不同的组成。由于本专利技术,特别地由于Si的组成梯度,即使在韧性基材上,提供具有改进的耐 磨性的含Si硬质涂覆层也是可能的。本专利技术的一个优点在于,所述涂层适用于锐缘。在从属权利要求中限定了本专利技术的具体实施方式。当将以下本专利技术的详细说明与 随后的附图和权利要求相结合地考虑时,本专利技术的其它目的、优点和新颖的特征将变得明Mo附图说明现在将参考附图描述本专利技术的优选实施方式,其中图1示意性图示了涂覆以根据本专利技术的包含区域A、区域B和区域C的涂层的基 材。具体实施例方式本专利技术涉及一种包含PVD涂层的涂覆切削工具,所述PVD涂层具有非周期性多层 结构,其朝向所述基材具有增加的韧度。参考图1,所述PVD涂层包含最外区域C,该最外区 域C是如下元素的氮化物、碳化物或者硼化物或者其混合物,所述元素为Si和至少两种另 外的选自Al、Y和周期表的第4、5和6族的元素,并且其中区域C不具有Si的平均含量的 组成梯度。区域C具有交替的单个层X和Y的非周期性多层结构,所述层X和Y具有彼此 不同的组成。所述涂层还包含最靠近基材的区域A和过渡区域B,其中-区域A基本不含Si,并且-区域B包含Si的平均含量的组成梯度,其中Si的平均含量朝向区域C增加。区域B优选也具有交替的单个层X和Y的非周期性多层结构,所述层X和Y具有 彼此不同的组成。组成梯度在这里指的是Si的平均含量,即在所述涂层的一个片段上而非在明确 点中测量的Si的平均含量,是增加的或者是降低的。例如,根据本专利技术的多层结构可以包含连续的、向上和向下相对于彼此在Si浓度方面不同的单个层,但是在多个单个层上测量 的平均Si浓度增加或者降低。如果从仅仅一种靶组成沉积,区域A可以是均质的,或者如果从具有不同组成的 两个或者更多个靶沉积,区域A可以具有多层结构。在一个实施方式中,区域A具有非周期 性多层结构。关于非周期性,应该理解在所述多层结构中的特定的单个层的厚度与在紧邻所述 特定的单个层的下面或上面的单个层的厚度均不具有任何关系。所述多层结构在至少10 个连续的单个层的序列中不具有任何重复周期。多层结构在这里指的是包含至少5个单个层的结构。然而,它可以包含高达数千个单个层。适当地,所述单个层的平均厚度大于0. lnm,但是小于200nm,优选大于0. 5nm,但 是小于lOOnm,最优选大于lnm,但是小于30nm。在所述多层结构中的任何十个连续层的总 和优选小于300nm。区域A基本不含Si。一些硅可能由于污染或者扩散而存在,而非被特意地添加到 区域A。基本不含在这里指的是Si的含量小于金属元素的总量的1原子%,优选小于0.5 原子%,并且最优选Si的含量在杂质的水平上。在本专利技术的一个实施方式中,区域A基本不含Si和Cr。基本不含Cr在这里具有 与关于Si相同的含义。区域A 优选包含 TiN、(Ti,Al)N、Ti、AlN、Al、CrN、(Cr,Al)N 或者 Cr 中的一种或 者组合。与所述外部区域相比,区域A应该具有高的韧度。高的韧度指的是所述涂层在机 械载荷下具有高的耐破裂性。区域C是适当地具有高的硬度的涂覆层。高的硬度在本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种涂覆切削工具,其包含基材和PVD涂层,其中所述涂层包含最外区域C,所述最外区域C是如下元素的氮化物、碳化物或者硼化物或者其混合物,所述元素为Si和至少两种另外的选自Al、Y和周期表的第4、5和6族的元素,其中区域C不具有Si的平均含量的组成梯度,并且其中区域C具有交替的单个层X和Y的非周期性多层结构,所述层X和Y具有彼此不同的组成,其特征在于,所述涂层还包含最靠近所述基材的区域A和在区域A和区域C之间的过渡区域B,其中:  -区域A基本不含Si,并且  -区域B包含Si的平均含量的组成梯度,其中Si的平均含量朝向区域C增加。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:约翰·伯马克海伦·布卢姆克维斯特
申请(专利权)人:山特维克知识产权股份有限公司
类型:发明
国别省市:SE

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