一种氮化硼复合涂层切削刀具，它由硬质合金基体［６］和涂层组合而成，涂层刀片或刀具如ＹＧ类、ＹＴ类、ＹＷ类和ＹＮ类的硬质合金基体至少有前刀面［４］和后刀面［５］，并在所述的前刀面［４］和后刀面［５］的交界处形成切屑刃，所述涂层紧密粘结在所说的前刀面［４］和后刀面［５］上，或者粘结在刀片上或刀头上，其特征是：该涂层包括一个和硬质合金结合的基础层［１］，一个中间结合层［２］和一个最外的氮化硼层［３］。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种涂层切削刀具包括涂层切削刀片，特别是一种氮化硼复合涂层切削刀具或刀片。技术背景随着技术的进步，金属切除率不断提高。1900年，用碳素工具钢车削标准钢棒(ф500mm×100mm(长))要用100min，20世纪50年代出现的高级硬质合金把加工时间减少到几分钟。涂层硬质合金刀具于1969年开始采用，从那以后有了改进。最初的涂层刀片切削标准钢棒要用1.5min，而GC1025和GC015涂层刀片使得加工时间进一步降到1.25min和1min。如果考虑所有的加工因素在内，则最经济的办法就是获得各种新的刀具材料，以提高切削速度，降低切削成本。因为刀具涂层不仅可以提高刀具表面的表面硬度，增强其耐磨性，而且可以减小刀具表面摩擦系数，增加润滑能力，提高切削速度，减少换刀次数，改善被加工零件的精度和表面光洁度，提高产品质量，提高生产效率。因此，刀具表面涂层是提高刀具寿命和降低切削成本的一项有效手段。当前，用于刀具表面涂层的超硬材料包括金刚石和立方氮化硼(cubic boronnitride，简称c-BN)。金刚石已证明是比较好的刀具材料和刀具涂层材料，见G.P格拉布等人的申请号为94194305的专利。但由于金刚石与铁(Fe)族金属系统反应，大气中600℃以上就会氧化，使得金刚石刀具及金刚石涂层刀具应用受到限制。立方氮化硼刀具具有加工效率高、刀具寿命长和加工质量好等特点。c-BN是继人工合成金刚石之后出现的第二种超硬无机材料，具有许多类似于金刚石的优异的物理、化学特性，如仅次于金刚石的超高硬度、高耐磨性、低摩擦系数、低热膨胀系数等，其显微硬度达46042-84337MPa，同时它具有一些优于金刚石的特性。如c-BN对铁族金属具有极为稳定的化学性能，与金刚石不能加工钢铁材料不同，c-BN立方氮化硼可广泛用于钢铁制品的精密加工、研磨等。而且除具有优良的耐磨损性能之外，耐热性也极为优良，大气中至1000℃也不氧化，在相当高的切削温度下也能切削耐热钢、淬火钢、钛合金等，并能切削高硬度的冷硬轧辊、渗碳淬火材料以及对刀具磨损非常严重的Si-Al合金等。由于c-BN的超常性能组合，如强度、韧性、刚度、硬度和耐磨性，这使得它们非常适用于重工业、航空业、运输和消耗品行业，有很高的商业开发潜力，所以各国都在研究c-BN涂层刀具，它可以成倍乃至几十倍地提高刀具的使用寿命。但c-BN立方氮化硼并不是天然存在的，要靠人工来合成c-BN立方氮化硼，目前通常采用的方法是物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法和高温高压法(见Y.Sheng.L.Ho-Yi的“立方氮化硼的高温烧结”，P/M78-SEMP5，European Symposium on Powder Metallurgy，Stockholm，Sweden，June 1978，PP201-211)，这些方法生产出来的产品中都不可避免地伴随产生氮化硼的异构体，传统的合成c-BN的高温高压法只能得到细小的c-BN粉末，因为这种方法的工艺条件苛刻，其产品难于加工成型，所以成本高，由它制备的聚晶氮化硼刀具价格昂贵。而且由于它使用了粘结剂，其性能也大大降低。美国宾西法尼亚钴碳化钨硬质合金公司的A·因斯皮克多专利技术的，并于1997年1月15日在中国申请专利的“含硼和氮的涂层及其制造方法”(申请号97193579，优先权项US08/627,515,960404，公开/公告号1215436，公开/公告日1999年4月28日)，它提出了一种涂层组合，包括一个结合到基质上的含硼和氮的分布有四个涂层的加工材料的切削刀片，它有一个前倾面和一个后倾面，前倾面和后倾面交界处为切削刀刃；至少在一部分的所说的前倾面、后倾面和切削刀刃上有涂层，其中一个是与所说的基质相邻的含钛涂层，一个是与所说的含钛涂层相邻的含硼和碳的涂层的第一中间层，一个与所说的含硼和碳的涂层相邻的含硼、碳和氮的涂层即第二中间层及一个与所说的含硼、碳和氮的第二中间涂层相邻的含硼和氮的涂层。所说的涂层组合已经用PVD技术应用于包括金属陶瓷或陶瓷的切削刀片。所说的硼和氮的涂层优选的是包括氮化硼，更优选的是包括立方氮化硼。它只是提出了涂层的构想，没有提出制备涂层的更好工艺方法。目前最大的任务是要解决c-BN涂层与基体之间的结合力问题。由于形成c-BN涂层时总是伴随着很大的内应力，c-BN涂层极易从基体上脱落。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种价格更低、能较好地克服涂层与基体的内应力、使涂层与基体更好结合的氮化硼复合涂层切削刀具。本技术的目的是通过以下技术方案实现的氮化硼涂层切削刀具它由硬质合金基体6和涂层组合而成，涂层刀片或刀具如YG类、YT类、YW类和YN类的硬质合金基体6至少有前刀面4和后刀面5，并在所述的前刀面4和后刀面5的交界处形成切屑刃，所述涂层紧密粘结在所说的前刀面4和后刀面5上，或者粘结在刀片上或刀头上，其特征是该涂层包括一个和硬质合金结合的基础层1，一个中间结合层2和一个最外的氮化硼层3。基础层1为TiCxOyNz直接沉积于硬质合金刀片或刀头上，TiCxOyNz的组成结构是0.7≤x+y+z≤1.3，该层的厚度大于0.5μm但小于5μm，最好是在1.5～3μm之间；第二层为中间结合层2，该层为镍层或含镍的化合物构成的层，该层厚度在0.2～1.5μm之间，最好在0.4～0.8μm之间；第三层为氮化硼层3，包括非晶氮化硼、六方氮化硼和立方氮化硼，优选是立方氮化硼，且立方氮化硼的含量在75％以上，最好是在80％以上，该层厚度在几微米到十几微米之间，与刀具的类别有关，优选是5～10μm。第二层中间层也可以是含氮或硼的化合物构成的层。本技术的氮化硼涂层切削刀具适用于金属和合金的车、铣、钻加工或类似的有屑加工，或成型硬质的材料，极度大地提高了加工效率。我们用等离子体增强脉冲激光沉积法制备了立方氮化硼，经红外光谱检验发现含有h-BN，含有的多少随制备的参数不同而变化。我们通过选用与c-BN晶格常数非常接近、且具有面心立方结构的镍作为衬底材料，并优选工艺参数，制备得到了很好质量的c-BN薄膜。在制备实用的c-BN刀具涂层过程中，除要选择理想的过渡层材料以外，还要想办法降低涂层中的内应力，因此采用如用激光热处理的方法、或通过在基体与涂层之间增加过渡层，都能减少涂层的内应力，从而提高涂层与基体的结合力。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是用等离子增强脉冲激光沉积法制备得到的刀具涂层的扫描电镜图片；图3是用氮气作反应气体制得的氮化硼涂层的富里埃变换红外谱(FTIR)曲线；图4是等离子增强脉冲激光沉积装置；图5是热丝辅助射频等离子体CVD装置。具体实施方式本技术采用的有等离子体增强脉冲激光沉积法和热丝辅助射频等离子体化学气相沉积法。从图2用等离子增强脉冲激光沉积法制备得到的刀具涂层的扫描电镜图片上也可以看出c-BN晶粒多为四方形，比较均匀地分布在刀具上。由图1可知，本氮化硼涂层刀具，包括涂层刀片，由硬质合金基体和涂层组合组成，该涂层组合包括一个和硬质合金结合的基础层，一个中间层和一个最外层的氮化硼层，该涂层刀具可用于机械切削加工，包括车削、钻削、铣削、刨削、铰或类似的有屑加工。所述硬质合金基体包本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周里群，李玉平，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：实用新型
国别省市：
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