用于获得改进的耐磨性的涂层制造技术

本发明专利技术涉及用于获得改进的耐磨性的涂层。在一个方面，在此描述的涂覆的切削刀具在某些实施方案中可以证实在一种或多种切削应用中有改进的耐磨性。在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底和粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层以及在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涂层，并且更具体地涉及通过物理气相沉积(PVD)而沉积的涂层。
技术介绍
包括烧结碳化物切削刀具在内的切削刀具已用于对不同金属和合金进行机加工的有涂层和无涂层两种情况中。为了增大切削刀具的耐磨性和寿命，已经将一层或多层耐火材料施加到切削刀具表面上。例如，已经通过化学气相沉积(CVD)将TiC、TiCN, TiN和Al2O3施加到烧结碳化物基底上。此外，在认识到与具体切削应用相关的CVD涂层的一些缺点后，切削刀具制造者还提供了通过PVD施加的耐火涂层。例如，在切削刀具群体中已普遍接受了通过PVD施加的TiN涂层。 TiN涂层的一个缺点是在相对低的温度下易氧化。例如，证明了 TiN涂层在大约550°C下开始氧化。其结果是，已将铝加入TiN涂层中，以努力提高抗氧化性。另外，已另外将硅加入TiN涂层中，以提高抗氧化性。但是，将硅加入TiN和/或TiAlN涂层中可能在涂层中引发显著的应力，由此由于与切削刀具表面的分层作用而导致涂层的过早失效。美国专利6，586，122针对于将硅结合到TiN和TiAlN涂层中以提高抗氧化性同时减小涂层的残余压应力的方法。在美国专利6，586，122中披露的合成方法引发了一个相分离的涂层，其中，一个高硅浓度的Si3N4纳米相被分散遍及一个低硅浓度的TiSiN基质相。将一个高硅浓度的Si3N4纳米相分散遍及一个低硅浓度的基质相可以减小由于TiN或TiAlSiN涂层中Ti被Si取代而引发的晶格应变。不过，引发这样一个相分离的涂层所要求的合成方法是非常规的，并且需要改变传统的PVD方法和/或设备，从而潜在地限制了这些方法的广泛应用并增加了涂覆的刀具的生产成本。
技术实现思路
在一个方面，在此描述的涂覆的切削刀具在某些实施方案中可以证实在一种或多种切削应用中有改进的耐磨性。在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。在另一方面，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素。该涂层的外层包括由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相；以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。在某些实施方案中，在此描述的涂层显示出残余压应力。在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属兀素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属兀素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该涂层具有一个残余压应力 和/或压剪应力。在另一方面，在此描述了用于制造涂覆的切削刀具的方法。在某些实施方案中，制造一种涂覆的切削刀具的方法包括提供一个切削刀具基底并通过物理气相沉积将一个涂层的内层沉积在该基底上，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素。通过物理气相沉积将该涂层的一个外层沉积在该内层上，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。在某些实施方案中，通过物理气相沉积将一个外层沉积在该内层上，该外层包括由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相；以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。在另一方面，在此描述了用于增大一种涂覆的切削刀具的切削寿命的方法。在某些实施方案中，一种增大涂覆的切削刀具的切削寿命的方法包括将一种或多种涂层疲劳机制引导至该涂层的内层与外层之间的一个界面上，是通过由一种经物理气相沉积而沉积的组合物来产生该内层并且由一种经物理气相沉积而沉积的组合物来产生该外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属兀素，其中，该外层中的娃的量朝向该内层减少。在某些实施方案中，弓丨导包括在该涂层的内层和外层的一个界面处启动一种或多种涂层疲劳机制。在下面的详细说明中更详细地描述这些以及其他的实施方案。附图说明图I展示了根据在此描述的一个实施方案的一种涂覆的切削刀具的基底。图2展示了根据在此描述的一个实施方案的一种涂覆的切削刀具的辉光放电光P曰。图3展示了图2的辉光放电光谱的局部视图。图4展示了根据在此描述的一个实施方案的一个涂层的能量色散谱。 图5展示了根据在此描述的一个实施方案的一种涂覆的切削刀具的X射线衍射图。图6展示了根据在此描述的一个实施方案的一种经过涂覆后的处理的切削刀具的辉光放电光谱。图7是图6的辉光放电光谱的局部视图。图8是根据在此描述的一个实施方案的一个经过涂覆后的处理的涂层的能量色散谱。图9是根据在此描述的一个实施方案的一种经过涂覆后的处理的切削刀具的X射线衍射图。具体实施例方式通过参考以下详细说明和实例以及它们的上述和以下的说明可以更容易地理解在此描述的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.18 US 13/051,8321.一种涂覆的切削刀具，包括 一个基底；以及 粘合在该基底上的Iv涂层，该涂层包括 通过物理气相沉积而沉积的一个内层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素；以及 在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属兀素组成的组中的一种或多种金属兀素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。2.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该内层是多晶的。3.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该外层是多晶的。4.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该内层包括AlJVaN，其中O< a < I。5.如权利要求4所述的涂覆的切削刀具，其中0.35 < a < 0. 75。6.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该外层包括AlmTindSizN,其中，0< m<1，并且 0 < z < 1，并且(m+z) < I。7.如权利要求6所述的涂覆的切削刀具，其中0.05彡m彡0. 7，并且0. 01彡z彡0. 3。8.如权利要求6所述的涂覆的切削刀具，其中该Aljih—Si#具有一个立方晶相。9.如权利要求6所述的涂覆的切削刀具，其中该外层进一步包括AlgSikN,其中OSk<I。10.如权利要求9所述的涂覆的切削刀具，其中该AlgSikN具有一种六边形晶体结构。11.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该基底包括一种烧结碳化钨。12.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层具有至少约2500Mpa的残余压应力。13.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层是处于一种涂覆后喷射过的状态下，具有至少约3400Mpa的残余压应力。14.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层是处于一种涂覆后喷射过的状态下，具有的在该涂覆后喷射过的状态下的残余压应力与在非涂覆后喷射过的状态下的残余压应力之比是大于或等于I. 2。15.一种涂覆的切削刀具，包括 一个基底；以及 粘合在该基底上的Iv涂层，该涂层包括 通过物理气相沉积而沉积的一个内层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素；以及 在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该外层包括由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相、以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。16.如权利要求15所述的涂覆的切削刀具，其中由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的该相包括AlniTiH1^SizN,其中 O <m< 1，并且 O < z < 1，并且(m+z) < I。17.如权利要求16所述的涂覆的切削刀具，其中AlmTiI-(m+z) ^ 具有一个立方晶体结构。18.如权利要求16所述的涂覆的切削刀具，其中AlmTiHn^SizN组成大于50%的该外层。19.如权利要求15所述的涂覆的切削刀具，其中由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的该相包括AVkSikN,其中 0 彡 k < I。20.如权利要求19所述的涂覆的切削刀具，其中Al1^tSikN具有一个六边形晶体结构。21.如权利要求19所述的涂覆的切削刀具，其中AlgSikN组成从约1%至约35%的该外层。22.如权利要求15所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层在涂覆后喷射过的状态下具有大于或等于I. 2的在涂覆后喷射过的状态下的残余压应力与在非涂覆后喷射过的状态下的残余压应力的比。23.一种涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·因斯佩克特，N·F·韦格尔，M·F·贝布勒，M·J·罗，班志刚，
申请(专利权)人：钴碳化钨硬质合金公司，
类型：发明
国别省市：