CVD涂覆的多晶立方氮化硼切削刀具制造技术

本发明专利技术涉及CVD涂覆的多晶立方氮化硼切削刀具。在一个方面中，本发明专利技术提供了包括一个PcBN基体的涂覆的切削刀具，其中一个单相α-氧化铝层通过化学气相沉积而被直接沉积在该基体的一个或多个表面上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有通过化学气相沉积(CVD)施加的涂层的切削刀具，并且更具体地涉及CVD涂覆的多晶立方氮化硼(PcBN)切削刀具。
技术介绍
切削刀具已在有涂覆和无涂覆两种情况下用于对不同金属和合金进行机加工。为了提高切削刀具的耐磨损性和使用寿命，已经将ー层或多层耐火材料施加到切削刀具表面上。例如，已经通过CVD将TiC、TiCN, TiOCN, TiN和Al2O3施加到烧结碳化物基体上。Al2O3或氧化铝作为用于切削刀具的涂层具有特别的吸引力。氧化铝显示出不同的晶相，包括α、K、Υ、β和Θ，其中α和K相在CVD涂覆的烧结碳化物切削刀具上最常见。α-氧化铝由于其在切削应用中遇到在不同温度下的热力学稳定性和常规化学惰性已被证明是ー种理想的涂层。但是，α-氧化铝的沉积越来越困难，并且往往对沉积条件和切削刀具基体的化学特性敏感。例如，现有文献已经证明在氧化铝沉积之前需要充分氧化碳化钛表面，以诱导α-相的形成。TiC表面的不充分氧化导致K-氧化铝或Κ和α相的混合物的生成，例如，见Vourinen, S.(弗罗里尼),Thin Solid Films (固体薄膜)，193/194 (1990) 536-546和 Layyous (蕾奥斯)等人，Surface and Coatings Technology (表面与涂层技术)，56 (1992) 89-95。此外，烧结碳化物基体上的α -氧化铝涂层已经显示出由层离和其他降解途径导致涂层过早失效的重要附着问题。烧结碳化物上的α-氧化铝涂层中的附着问题归因于在α -氧化铝沉积过程中涂层与基体之间显著发展的界面孔隙率，例如，见Chatfield (查特菲尔德)等人，Journal de Physique (物理学杂志)，Colioque (合订本)C5, supplementau η (增刊)5, Tome (卷)50 卷，mai (5 月)1989。针对这些发现，已广泛地研究和开发α-氧化铝粘合层。附合层设置在烧结碳化物基体的表面上，以确保α -氧化铝的成核和生长，并减轻或消除界面孔隙的发展，例如，见 Halvarsson (哈尔瓦松)等人，Surface and Coatings Technology (表面与涂层技术)，68/69 (1994) 266-273 和Halvarsson (哈尔瓦松)等人，Surface and Coatings Technology(表面与涂层技术)76/77 (1995) 287-296。基于多晶立方氮化硼(PcBN)的切削刀具因cBN的高硬度和高热稳定性(高达约9800C )日渐流行。例如，在对表面硬化钢和完全硬化钢、超耐热合金、冷硬铸铁和灰ロ铸铁进行机加工的应用中都看到PcBN切削刀具。另外，基于PcBN的切削刀具可对于清洁的机加工过程实行无润滑运行，从而节省冷却剂、维修和清理成本。与烧结碳化物相似，基于PcBN基体的切削刀具也可以通过应用不同的耐火涂层而受益。例如，PcBN切削刀具基体已配有TiCN、Ti0CN、TiN和Al2O3涂层。然而，当使用烧结碳化物时，α -氧化铝在PcBN切削刀具基体上的沉积发生在一个或多个中间层在基体上 的使用过程中，包括结合层或改性层。授予Gates(盖茨)等人的美国专利7，455，918披露了 PcBN切削刀具，其中α -氧化铝是沉积在PcBN基体和α -氧化铝层之间存在的改性层上。
技术实现思路
鉴于上述内容，在ー个方面中，本专利技术提供了包括ー个PcBN基体的涂覆的切削刀具，其中一个单相α-氧化铝层通过化学气相沉积而直接沉积在该基体的ー个或多个表面上。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体和附着到该基体上的一个涂层，该基体包括大于80重量百分比的PcBN，并且该涂层包括通过化学气相沉积而直接沉积在该基体的ー个表面上的一个单相α-Α1203层。在某些实施方案中，被直接沉积在包括大于80重量百分比的PcBN的基体的ー个表面上的一个单相O-Al2O3层具有大于70N的临界负荷(L。)。此外，在某些实施方案中，在此说明的ー个切削刀具的涂层进ー步包括沉积在该単相Q-Al2O3层上的ー个或多个MOxCyNz层，其中M是选自由元素周期表的IVB族、VB族和 VIB族的金属元素组成的组中的ー种金属，并且x+y+z = I。在某些实施方案中，一个或多个MCxOyNz层是通过CVD或物理气相沉积(PVD)沉积在该单相a -Al2O3层上。在另一方面中，在此说明了生产涂覆的切削刀具的方法。在某些实施方案中，生产涂覆的切削刀具的ー种方法包括提供ー个切削刀具基体(该切削刀具基体包括大于80重量百分比的PcBN)，并且通过化学气相沉积而在该基体的表面上直接沉积ー个单相α-Α1203层。在某些实施方案中，生产涂覆的切削刀具的ー种方法进ー步包括在该单相a -Al2O3层上沉积ー个或多个MOxCyNz层，其中M是选自元素周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素所组成的组中的ー种金属，并且x+y+z = I。在某些实施方案中，通过CVD或PVD沉积了ー个或多个MOxCyNz层。在另一方面中，在此说明了切削金属的方法。在某些实施方案中，切削金属的一种方法包括提供ー个金属エ件并用一种涂覆的切削刀具来切削该金属エ件，该涂覆的切削刀具包括ー个基体以及附着到该基体上的一个涂层，该基体包括大于80重量百分比的PcBN，并且该涂层包括通过化学气相沉积而直接沉积在该基体的ー个表面上的一个单相a-Al2O3层。在某些实施方案中，该切削刀具的涂层进一歩包括如在此说明的被沉积在该単相a -Al2O3层上的ー个或多个MOxCyNz层。在下面的详细说明中更加详细地说明了这些和其他实施方案。附图说明图I展示了根据在此说明的一个实施方案的一个涂覆的切削刀具的基体。图2展示了根据在此说明的一个实施方案的一个涂覆的切削刀具的基体。图3展示了根据在此说明的一个实施方案的一个涂覆的切削刀具的基体。图4展示了根据在此说明的一个实施方案的一个涂覆的切削刀具的X射线衍射图。图5展示了根据在此描述的ー个实施方案的一个涂覆的切削刀具的单相a -Al2O3层自上而下的扫描电子显微图像(SEM)。图6展示了根据在此说明的一个实施方案的一个涂覆的切削刀具本体的X射线衍射图。图7展示了根据在此说明的一个实施方案的一个涂覆的切削刀具的単相a -Al2O3层自上而下的SEM。具体实施例方式通过參考以下详细说明和实例以及它们的上述和以下说明可以更容易地理解在此说明的实施方案。但是，在此说明的元素、设备和方法并不限于在这些详细说明和实例中提及的具体实施方案。应该认识到这些实施方案仅是本专利技术原理的展示。在不脱离本专利技术的精神和范围而做出的许多修改和修正，对于本领域的普通技术人员将是不言而明的。 在ー个方面中，本专利技术提供了包括ー个PcBN基体的涂覆的切削刀具，其中ー个单相α-氧化铝层通过化学气相沉积而直接沉积在该基体的ー个或多个表面上。在某些实施方案中，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括ー个基体以及附着到该基体上的ー个涂层，该基体包括大于80重量百分比的PcBN，并且该涂层包括通过化学气相沉积而直接沉积在 该基体的ー个表面上的一个单相a -Al2O3层。现在转向在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.25 US 13/072,3591.一种涂覆的切削刀具，包括 ー个基体，该基体包括大于80重量百分比的多晶立方氮化硼(PcBN);以及 一个涂层，该涂层附着在该基体上，该涂层包括通过化学气相沉积而直接沉积在该基体的ー个表面上的一个单相a -Al2O3层。2.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该基体包括至少90重量百分比的PcBN。3.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该单相a-Al2O3层具有至少约2μ m的厚度。4.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该单相Ci-Al2O3层具有范围从约2μπι至约20 μ m的厚度。5.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该单相α-Α1203层具有范围从约O.2μπι至约5 μ m的平均粒径。6.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该单相Q-Al2O3层具有范围从约O.5μπι至约2 μ m的平均粒径。7.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中在该单相Ci-Al2O3层的表面处的晶粒显示出ー种多面体形态。8.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中在该单相Ci-Al2O3层的表面处的晶粒在平行于该表面的ー个平面中具有大于2的长宽比。9.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层具有大于65N的临界负荷(L。)。10.如权利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层具有大于70N的...

【专利技术属性】
技术研发人员：班志刚，刘一雄，
申请(专利权)人：钴碳化钨硬质合金公司，
类型：发明
国别省市：