本发明专利技术涉及一种具有改善耐磨性的用于金属加工的切削工具，其包括硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或超硬材料的切削工具基材（ａ）和耐磨涂层。所述耐磨涂层包括具有组成梯度的ＰＶＤ Ｔｉ－Ｓｉ－Ｃ－Ｎ层（ｂ）。本发明专利技术还涉及利用一个或更多个Ｔｉ靶和包括三甲基硅烷气体流的反应性气体气氛，通过使用电弧蒸镀制造所述切削工具的方法。所述三甲基硅烷气体流在沉积方法期间以连续或逐渐变化的方式改变。
【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具有耐磨涂层的涂层切削工具，所述耐磨涂层包括通过物理气相 沉积而沉积的四元合金Ti-Si-C-N。
技术介绍
现代金属的高产量切屑形成加工要求具有高耐磨性、良好的韧性和优异的耐塑性 变形的可靠工具。迄今为止通过将合适的涂层施加至工具基材表面实现这一点。结果，可 以明显更高切削速度和进料速度使用所述工具。所述涂层优选是坚硬、耐磨和高温稳定的。 所述工具基材通常为用于夹在刀架中的刀片的形状，但也可以是整体钻头或铣刀的形式。通常使切削工具最优化，以用于由对所述工具的特殊要求而限定的特定应用领 域，例如高耐月牙洼磨损性能、高耐后刀面磨损性能等。然而，希望通过改善一种或若干种 性质，而不损失其它性质，扩大应用范围。物理气相沉积(PVD)是已知的用于稳定化合物的薄膜生长的技术。金属切削工业 中，包括例如TiN、Ti (C，N)和(Ti，A1)N层的PVD涂层是最常见的。在含氮或碳的反应性 气体中通过电弧或离子轰击实现金属从靶的蒸发。通常靶的金属组成与最终的层相同。Ma 等人(Thin Solid Films 496 Q006)，第 438-444 页)和(Surface &Coatings Technology 200 (2005)，第382-386页)公开了使用等离子增强化学气相沉积，从TiCl4/ SiCl4/H2/N2/CH2/Ar混合物将Ti-Si-C-N涂层沉积到高速钢基材上，其中特别评价了所述沉 积涂层的硬度性能。Jeon 等人(Surface and Coatings Technology 188—189 0004)，第 415—419 页) 公开了在Ar/N2/CH4气态混合物中使用Ti和Si靶，结合电弧离子镀(AlP)和DC磁控溅射 技术，通过混合系统在WC-Co基材上沉积Ti-Si-C-N涂层。H. Xu 等人(Surface & Coatings Technology 201，2006，第 4236-4241 页)公开 了在等离子增强磁控溅射工艺中使用三甲基硅烷，将厚Ti-Si-C-N涂层沉积到不锈钢基材 上。制造17 μ m厚的Ti-Si-C-N涂层并进行销盘磨损试验，以评估具有铝和氧化铝对应物 的摩擦性能。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种用于切屑形成加工的PVD涂层切削工具，其具有改善的耐 月牙洼磨损性能，而不损失耐后刀面磨损性能。本专利技术本专利技术提供了一种用于金属加工的切削工具，其包括硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或 超硬材料例如立方氮化硼或金刚石的切削工具基材，以及耐磨涂层，其中所述耐磨涂层包 括具有组成梯度的PVD Ti-Si-C-N层。本专利技术还提供了一种用于金属加工的切削工具的制造方法，其中所述方法包括利 用一个或更多个Ti靶和包括三甲基硅烷气体流的反应性气体气氛，使用电弧蒸镀将具有3组成梯度的PVD Ti-Si-C-N层沉积到硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或超硬材料的切削工具基材 上，以及在沉积期间以连续或逐渐变化的方式改变所述三甲基硅烷气体流。所述PVD Ti-Si-C-N层的厚度适当地在通常用于金属切削工具PVD功能层的范围 内，即1至10 μ m，优选2至7 μ m，最优选2至5 μ m。所述涂层可以包括其它的层，例如在所述基材和所述PVD Ti-Si-C-N层之间的薄 粘合层，例如TiN。所述涂层还可以包括用于磨损检测或着色目的的最外层，例如TiN。适当的沉积涂层总厚度小于11 μ m，优选小于8 μ m,以避免剥落。当相对于Ti观察Si时，Ti-Si-C-N层的平均组成，即在所述Ti-Si-C-N层总厚度 上测量的平均Si/(Si+Ti)原子比适当地为0. 03至0. 20，优选0. 045至0. 18，更优选0. 05 至0. 15，最优选0.06至0. 14。已经发现降低比例会导致耐后刀面磨损性能的损失，而更高 的比例可能导致过于易碎的层，以致耐月牙洼磨损性能的损失。然而所述层可以局部地具 有>=0，优选> 0，但是优选小于0. 25的Si/(Si+Ti)原子比，以避免形成非致密的层。关于C相对于N的平均组成，即在所述层总厚度上测量的平均C/ (C+N)原子比，适 当地为0.05至0.20，优选0. 10至0.20，更优选为0. 10至0. 18。已经发现低于这些值可能 会降低硬度，产生不能接受的耐后刀面磨损性能。另一方面，过高的C含量可能导致残留的 压缩应力水平过高和切削性能较差。然而所述层局部的C/(C+N)原子比可以>=0，优选> 0，但是优选小于0. 23，以避免形成游离的C。还优选在O20)-方向上测量的Ti-Si-C-N层的残余应力为-3. OGPa(压缩应力) 至最高达+0. 5GPa (拉伸应力)，优选最高达-1. OGPa (压缩应力)。所描述的Ti-Si-C-N涂层的硬度范围为20至40GPa。然而已经发现，通过研究涂 层硬度而预测在金属加工中的性能是不可能的。结果显示涂层硬度的增加并不会自动导致 耐磨性的增加。在本专利技术一个具体实施方式中，所述PVD Ti-Si-C-N层具有0. 05至0. 15的平均 Si/(Si+Ti)原子比，在O20)-方向上测得的残余应力为-3. OGPa(压缩应力)至最高达 +0. 5GPa (拉伸应力)，优选-1. OGPa (压缩应力)。在本专利技术一个具体实施方式中，所述组成梯度为连续的，在从所述层的内部朝向 所述层的外部方向上的Si/(Si+Ti)原子比增加。适当的Si/(Si+Ti)原子比增加至少为 0. 01/μ m,优选至少 0. 015/ μ m。在本专利技术一个具体实施方式中，所述组成梯度为连续的，从层内部朝向层外部方 向上的Si/(Si+Ti)原子比降低。适当的Si/(Si+Ti)原子比降低至少为ο.ο /μπι，优选至 少 0. 015/μ m。本专利技术一个具体实施方式中，组成梯度是逐渐变化的，其中层中Si/(Si+Ti)原子 比逐渐增加或降低，从而具有Ti-Si-C-N层的平均组成的连续变化。每个变化步长中Si/ (Si+Ti)原子比的适当的增量变化在> 0至最高达0. 02范围内，优选> 0至最高达0.01。本专利技术一个具体实施方式中，组成梯度为逐渐变化的，其中Ti-Si-C-N层包括至 少两个具有不同Si/(Si+Ti)原子比的交替亚层。通过连续增加或降低至少一个所述交替 亚层的Si/(Si+Ti)原子比而获得所述梯度。所述交替亚层的适当厚度为1至lOOnm。本专利技术一个具体实施方式中，组成梯度为逐渐变化的，其中Ti-Si-C-N层包括具有不同Si/(Si+Ti)原子比的至少两个交替亚层。通过连续增加或降低至少一个所述交替 亚层的厚度获得所述梯度。所述交替亚层的适当厚度为1至lOOnm。本专利技术一个具体实施方式中，组成梯度为逐渐变化的，其中Ti-Si-C-N层包括具 有不同Si/(Si+Ti)原子比的两个交替亚层C和d。通过连续增加Si/(Si+Ti)原子比或亚 层c或d的厚度，或降低Si/(Si+Ti)原子比或亚层c或d的厚度，获得所述梯度。适当的 所述亚层c和d的平均Si/(Si+Ti)原子比分别为> 0至0. 07，和> 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造用于金属加工的切削工具的方法，特征在于该方法包括利用一个或多个Ｔｉ靶和包括三甲基硅烷气体流的反应性气体气氛，使用电弧蒸镀向硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或超硬材料的切削工具基材上沉积具有组成梯度的ＰＶＤ Ｔｉ－Ｓｉ－Ｃ－Ｎ层，以及在沉积过程期间以连续或逐渐变化的方式改变所述三甲基硅烷气体流量。
【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：马茨·阿尔格伦，
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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