一种涂覆的切削工具，其具有基底和涂层。所述涂层包括至少一个多重纳米层，其包含由结晶(TixAlyCrz)N和非晶Si3N4形成的纳米复合物纳米层，其中0.25≤x≤0.75，0.25≤y＜0.75，0.05≤z≤0.2，0.85≤x+y+z≤0.97。硅的原子比为1-x-y-z且1-x-z＜0.75，所述纳米复合物纳米层的厚度为1nm-100nm。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及覆盖涂层的切削工具，所述涂层包含至少ー个嵌入非晶Si3N4基体的结晶(TiAlCr)N的纳米复合物的纳米层。
技术介绍
为了增加涂覆的切削工具的寿命、提高加工速度以及改善加工表面的质量，新的涂层正不断被开发。在高切削速度下较长的工具寿命在増加生产的同时降低了维护和人员成本。使用在高工作温度下用最少的润滑剂保持硬度或者用于干加工的切削工具降低了成本且环境友好。已知(US2007/0184306)用硬膜涂覆切削工具，所述硬膜由MnbAlaSib(BxCyNn)组成，其中M表示Ti和Cr。在此膜中Al (a)的原子比的下和上限分别为0. 05和0. 5。该 硬涂层膜具有无六方晶体和/或非晶相的晶体结构，因为根据专利技术人，六方相或非晶相的存在降低了所述硬涂层膜的硬度。JP2002337002公开了ー种切削工具，其涂有至少ー个层，所述层由以下形成非晶化合物相，其包括Si，并与Ti、Al、Si混合，具有相对富含的Si并具有至少ー种选自C、N、0、B的元素，和结晶化合物相，其与Ti、Al、Si混合，具有相对少量的Si，具有至少ー种选自C、N、O、B的元素。已知通过非晶(a)基体a_Si3N4将至少I U m的两相纳米复合物涂层“粘合”在一起，所述涂层具有纳米结晶(nc)晶粒 nc-TiN、nc_ (Al1-Jix) N 或 nc_ (Al^xCrx) N(Veprek等，Thin Solid Films 476(2005) 1-29)。a_Si3N4的Si原子与氮以共价键连接，显示101. 7±0. I的Si 2p结合能。所述非晶Si3N4基体具有比块体SiNx更大的剪切力和减聚强度。此涂层的一个优势是提高的硬度，维氏硬度Hv超过40GPa。设计超硬及热稳定纳米复合物的一般概念基于热力学驱动的亚稳线(spinodal)相分离，其导致通过自组织形成稳定的纳米结构。为了在沉积过程中实现这一点，在相对高的沉积温度下(500-600°C)需要充分的高氮活性(分压>0.02mbar)。氮提供高的热力学驱动カ且温度保证了在沉积过程中扩散速率受控的相分离充分快地进行以获得相分离。化学计量TiN和Si3N4的混合体系的吉布斯自由能的热力学计算显示，在上述沉积温度和氮气压力下，相分离具有亚稳线性质。(R. F Zhang, S. Veprek/Material Science and Engineering A 424(2006) 128-137和 S. Veprek 等/Surface and Coatings Technology 200 3884(2006)3876-3885)。因此，当在这些条件下沉积时纳米结晶相不应该有任何Si含量。纳米复合物涂层Iic-(AVxTix)NAi-Si3N4的另ー优势是薄的a_Si3N4基体使富Al的(AlhTix)N亚稳固溶体稳定，防止其分解为立方C-TiN和六方h-AIN以及伴随的涂层软化。已知在不含Si的(AlhTix)N涂层中(Al1-Jix)N在约700°C的温度下开始分解。Iic-(Al^Tix)NZa-Si3N4的纳米复合物层在最多1200°C稳定。纳米复合物的另ー重要优势是它们的高抗氧化性，最多超过800°C的温度。这与密集且坚固的a_Si3N4基体有关，所述基体阻止氧沿着晶界扩散。但是，使用不同的測量抗氧化性的方法使得不容易比较公布的“开始氧化温度”和氧化至关重要(critical)的温度。例如，在ー种方法(US2007/0184306)中，在干燥空气中以4°C /min的速度加热样品并绘出由于氧化引起的增重。样品开始增重的温度视为氧化开始温度。另ー种方法(V印rek等，Surface&Coatings Technology 202(2008)2063-5073)比较了在给定温度下(例如900°C)在空气中ー小时后氧化物在纳米复合物涂层和另ー种涂层(例如TiAlN)上形成的厚度。另ー种方法，与第一种相似，把高倍放大(约1000X)下首先可看到氧化物的温度作为氧化开始温度。已知的多层涂层在3-5 ilm厚的更可延展且更柔软的TiAlN底层上具有0. 75-1. 5 u m 厚的纳米复合物 AlCrSiN 顶层(Veprek 等，Surface&Coatings Technology202(2008)2063-5073)。沉积方法使用了具有平面阴极的真空电弧涂覆技术。另ー种沉积方法对nc-(TiAl)N/a-Si3N4纳米复合物使用了真空电弧涂覆技木。在此方法中旋转阴极安置在涂覆室的中心或者其门上。其它已知的沉积方法包括非平衡磁控管溅射。 CN101407905公开了涂覆的烧结碳化物切削工具，其涂层包含复合物混合晶体结 构层，该层包含由沉积在钛基结合层上的TiAlMSiN构成的纳米结晶/非晶组合物层。M是Ta、Nb、Zr、Cr、Hf和W的ー种或多种金属元素。所述TiAlMSiN层的厚度至少为0. 5 y m。纳米复合物涂层的已知缺点是杂质，例如氧，即使在几百ppm的水平，仍会导致可获得最大硬度的非常强的降低。另ー缺点为纳米复合物层厚度的限制。已知这些层具有高压缩应力且因此如果它们厚于约3 u m就具有剥落的趋势。具有增强的硬度的纳米复合物涂层的另ー缺点为相对低的韧性(PlasmaProcess. Polym. 2007,4 219-228 Zhang等)。韧性是材料形变到断裂过程中吸收能量的能力。为了在纳米复合物涂层中得到高硬度，通常设计阻止塑性形变，并防止晶界和滑动，因此导致延展性损失。延展性与韧性有关，它对硬涂层避免灾变失效非常重要。专利技术概述根据本专利技术的ー个方面，提供了包含基底和涂层的涂覆的切削工具。所述涂层包含至少ー个包含纳米复合物纳米层的多重纳米层。所述纳米复合物纳米层由嵌入非晶Si3N4基体的结晶(TixAlyCrz) N组成。所述式的组分的原子比为0. 25彡x彡0. 75,0. 25 ^ y<0. 75,0. 05 ^ z ^ 0. 2,0. 85 ^ x+y+z 彡 0. 97，其中硅的原子比为 l-x-y-z 且 l_x_zく 0. 75。所述纳米复合物纳米层的厚度为lnm-100nm。一般地，所述多重纳米层还包含第二纳米层，所述第二纳米层包含金属或陶瓷材料。所述金属材料是选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Y和Ru的ー种或多种金属。所述陶瓷材料是(I)选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si、Y和Ru的ー种或多种元素的ー种或多种氮化物、碳化物、硼化物或氧化物，(2)金刚石，或(3)BN。所述第二纳米层是结晶且第二纳米层的厚度为lnm-100nm。在一些实施方案中，所述第二纳米层包含(TiaAlbMe1Ib) (CvN1^v)，其中0彡a彡I，0彡b < 0. 75，同时其中Me是选自0、] 0、￥、恥、1&、2へ1^、￥和Ru的金属，其中0彡v彡I。在一些实施方案中，所述多重纳米层包含至少两个不同组成的纳米复合物納米层。根据ー些实施方案，所述多重纳米层包含至少两个不同组成的第二纳米层。根据ー些实施方案，所述多重纳米层由纳米复合物纳米层组成，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：M·埃考拜，R·格林瓦德，O·埃滋昂伊，
申请(专利权)人：伊斯卡有限公司，
类型：发明
国别省市：
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