涂层刀具制造技术

本发明专利技术涉及一种用于切屑形成机加工的ＣＶＤ工艺涂敷的硬质合金刀具，更特别地是，它涉及一种具有中间涂层的涂层，该中间涂层起阻碍渗透的作用，从而影响下一层涂膜的结构和粘附力。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种涂有非常耐磨溥表层的硬质合金刀体，更特别地是，它涉及这样的硬质合金刀体，其上的涂敷在碳化物层、氮化物层和(或)碳氮化物层之间的含氧溥层可改善涂层刀体的特性。涂层刀片广泛使用于加工工业中，用它来加工铁和铁合金。借助碳化物、氮化物、碳氮化物或氧化物涂层，来延长刀具的寿命是一门完善的技术。刀具通常涂敷有由碳化物、氮化物、钛(Ti)或同类金属的碳氮化物组成的表层，许多情形中涂层包括一层或多层氧化铝，这种涂敷材料无法利用传统使用的化学气相沉积涂敷工艺(CVD)方便直接地涂覆于硬质合金基体上，所以，通常的作法是，先于三氧化二铝(Al2O3)的涂覆而覆盖一层碳化物、碳氮化物和(或)钛的氮化物。当硬质合金基体在温度800-1200℃下借助CVD工艺涂覆一层碳化物、碳氮化物或氮化物耐磨涂层时，基体组元如钨、钴、碳将热渗透到不断增长的涂层中，从而影响晶体生长方向、显微结构和涂层结合力，同时涂层的物理、化学和机械特性也将由于基体渗出物的存在受到影响。美国第5135801号专利揭示一种具有最深(离基体最近)含氧层的涂层硬质合金刀体。上述专利技术的目的是抑制碳渗进涂层，把上述含氧层如TiCO层直接使用于硬质合金基体上，使基体脱碳作用降至最低限度。但是，本专利技术描述一种方法，在直接敷于基体的第一TiCxN1-x(0≤x≤1)层与敷于TiCO层上的另一TiCxN1-x(0≤x≤1)层之间，涂敷TiCO溥层作为中间层，用它来抑制物质由基体向涂膜的渗透。中间层同样可组成连续层。此外，在上述提及的碳氮化物、氮碳化合物组合层的上面，涂敷其它层，如Al2O3层，金属碳化物层和(或)金属氮化物层。很意外地发现，上述TiCO或TiCON中间层可有效的抑制钴和钨由基体向涂层的扩散、大大地影响到显微结构和上述涂层的化学特性，从而引起涂层刀具抗磨性能显著提高。此外，钴渗透的抑制可借助减小涂层接合面处钴浓缩的有害作用来改善夹层涂层接合物中相邻涂层之间的粘附力。附图说明图1所示为放大1600倍后的被研磨和腐蚀的涂层截面，按本专利技术，其中A硬质合金B第一涂层(TiCN)C第二涂层(TiCO)D第三涂层(TiCN)E第四涂层(Al2O3)图2所示为放大4000倍后的，与图1中名称相同的同一涂层的折断面。Met指的是钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)或钽(Ta)。1.直接涂敷于硬质合金刀体上的第一MetCxN1-x(0≤x≤1)涂层。我们知道，第一层可由好几层MetCxN1-x(0≤x≤1)涂层组成，第一层最好由TiC组成。该层的厚度大于1但小于5μm，最好是在1.5-3μm之间。如果出现于硬质合金刀体上的表面粘结相在其沉积之前被清除，第一层的最小厚度可减小至0.5μm。粘合相可用喷沙法清除，但按WO 92/20841，最好用电解法来消除。2.直接涂敷于第一MetCxN1-x(0≤x≤1)涂层上的第二MetCxOyNz涂层。本层厚0.1-5μm之间，最好在0.2-1μm之间，MetCxOyNz的组成结构是0.7≤x+y+z≤1.3，且0.2＜y＜0.8，最优值为0.4≤y≤0.6。最优地是，Met为Ti，且z=0。3.直接涂敷于MetCxOyNz涂层上的第三Met CxN1-x(0≤x≤1)涂层。第三耐磨层的厚度为1-20μm，最优为5-12μm，本层由TiCxN1-x组成最佳，这里0.05＜x＜0.95，最优为0.3≤x≤0.7。与前～TiCN涂层比较，当其用于刀具时，本TiCN涂层显示出有所改善的耐磨性能，这主要是因为第三层具有较优晶向的缘故。按本专利技术，较佳地是，TiCN涂层在(220)方向上(由x光绕射(xRD)测量确定)具有较优的结晶生长方向。晶体结构系数TC，可确定为TC(hkl)= (I(hkl))/(I0(hkl)) { 1/(n) Σ (I(hkl))/(I0(hkl)) }-1其中I(hkl)=(hkl)反射测量强度；I0(hkl)=ASTM标准粉状绕射数据的标准强度，n=用于计算中的反射数目，所使用的(hkl)反射是(111)、(200)、(220)。按本专利技术，晶面(220)的晶体结构系数TC应大于1.3，大于1.5更佳，大于1.8最佳。在上述碳氮化物、氧化物和碳氮化物层结合体的上部，可涂覆更多的涂层，如Al2O3涂层多种金属碳化物涂层和(或)氮化物涂层。更好地是，按瑞典专利申请9203852-0号，这些涂层包括成分为微粒α氧化铝的最外涂层，紧随其后的是TiN溥层，它在用喷沙法把氧化铝层光滑平整之后进行涂敷。按本专利技术，涂层可涂敷于以纯WC-Co和WC-立方碳化物-Co为基本结构的硬质合金刀体上，这里的立方相位由碳化物或Ti、Ta、Nb的碳氮化物组成。按瑞典专利申请9203851-2和9200530-5号，涂层还可用于通常所说的有浓度梯度硬质合金中，这种硬质合金具有浓缩粘结相的表面区。本专利技术同时涉及一种制造刀体的方法，该刀体包括具有涂层的硬质合金基体，涂层由下列几个涂层组成。1.第一涂层或相邻于基体的MetCxN1-x(0≤x≤1)涂层。此处Met从Ti、Zr、Hf、V、Ta、Nb中选取，基体与含有氢、氮、碳氢化物和一种或多种上述金属卤化物的气体相接触，在压力为5-1050毫巴、最佳为30-100毫巴下，该涂层形成碳化物、氮化物或碳氮化物。2.直接涂敷于第一层上的第二涂层，在处理压力为5-1050毫巴，最佳为30-100毫巴下，在含有氢、氮、一氧化碳和一种或多种上述金属卤化物的气体中进行MetCxOyNz涂敷，它形成碳氧化物或碳氮氧化物。3.直接涂敷于第二层上的第三涂层，在处理压力为5-1050毫巴、最佳为200-600毫巴下，在含有氢、氮、碳氢化物和一种或多种上述金属卤化物的气体中进行MetCxN1-x(0≤x≤1)涂敷，它形成碳氮化物。在一优选实施例中，外部氧化铝层在含有氢、二氧化碳和卤化铝的气体中，用气相沉积方法进行涂覆。最优地是，该氧化铝层是一种α一氧化铝层，它在含有氢、二氧化碳和卤化铝的气体中用气相沉积的方法进行涂覆。最佳地是，TiN最外层，在含有氢、氮和卤化钛的气体中，用气相沉积的方法涂覆在氧化铝涂层上面。CVD涂敷过程的操作温度可在800-1200℃之间，最佳温度是900-1070℃，不同的操作步骤可在同一或不同的涂层设备上完成。在第二MetCxOyNz涂层CVD处理阶段，根据含有氧元素气体母体的不同，可在该涂层中出现除氮、碳外的其它原子夹杂物，如硫(S)、碲(Te)、硒(Se)、磷(P)、和(或)砷(As)。第一和第二涂层可用物理气相沉积(PVD)方法交替地进行涂覆。如活性磁控管溅射、离子渡、阴极电弧放电涂层等。实例1先于中间层TiCO涂敷(气体成分4%TiCl4，7%CO，3%HCl，其余H2，压力50毫巴、基体温度1000℃)，对具有成分为5.5%CO、8.6%立方碳化物(TiC-TaC-NbC)、其余为WC的硬质合金刀片CNMG120408涂覆TiC1小时，紧随TiCO层的涂敷，是在400毫巴压力下涂覆TiCN耐磨层4小时，接着是涂覆微粒α-Al2O3涂层6小时(根据瑞典专利申请9303852-0号)。(实例A)上述所论实例A中所用硬质合金在涂敷工序前进附加电解面清洗作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂层硬质合金刀体，其特征在于，所述涂层包括第一涂层或相邻于基体的ＭｅｔＣ↓［ｘ］Ｎ↓［１－ｘ］（０≤ｘ≤１）金属涂层组，紧随第一层的是由ＭｅｔＣ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］Ｎ↓［ｚ］组成的第二涂层（此处：０. ７≤ｘ＋ｙ＋ｚ≤１. ３、且０. ２＜ｙ＜０. ８，最佳值为０. ０４≤ｙ≤０. ６），紧随第二层的是ＭｅｔＣ↓［ｘ］Ｎ↓［１－ｘ］（０≤ｘ≤１）耐磨涂层，此处金属Ｍｅｔ选取于金属族Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ和Ｔａ中，且第一涂层或涂层组ＭｅｔＣ↓［ｘ］Ｎ↓［１－ｘ］（０≤ｘ≤１）的厚度大于１μｍ，但小于５μｍ，或当基体不含表面钴（Ｃｏ）时在０. ５－５μｍ之间。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德斯莱南德，莱夫阿凯森，
申请(专利权)人：桑德维克公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]