一種具有複合塗層的刀具的製作方法

2023-06-15 08:13:16

本實用新型涉及金屬加工設備技術領域，特別涉及一種具有複合塗層的刀具。

背景技術：

塗層刀具是在刀具本體上塗覆耐磨性能好的難熔金屬或非金屬化合物而獲得的加工用工具。塗層刀具結合了表面塗層高耐磨性、低摩擦係數和刀具本體高韌性、高強度的優點，可大幅度改善刀具的切削性能，提高金屬材料的加工效率和加工質量。有些塗層刀具的塗層為多層膜複合塗層，多層膜依次疊加塗覆在刀具本體上，利用膜層材料性質不同，進一步提高刀具的綜合性能。

目前，在塗層刀具領域中已經廣泛應用的塗層材料有鈦鋁氮化合物和鈦碳氮化合物。其中：鈦鋁氮化合物的耐熱溫度達到900-1000℃，硬度達到HV3300，但是摩擦係數較高，因此膜層容易磨損；鈦碳氮化合物的硬度可達到HV2800，摩擦係數較低，但耐熱溫度僅在400℃

為綜合採用前述兩種塗層材料的性能、提高刀具的綜合性能，現有技術多將兩種塗層材料順次沉積在在刀具本體(1)表面形成複合塗層。但是，因為鈦鋁氮化合物和鈦碳氮化合物的金相結構不同，兩種塗層材料連接區域為應力集中區域。和，在高速切削過程中，膜層之間的應力較大而容易脫落或出現裂痕，影響刀具的使用壽命。因此，如何提供一種具有應力集中較小的塗層材料，提高刀具的耐用性本領域技術人員需要解決的技術問題。

技術實現要素：

本實用新型提供一種新的具有複合塗層的刀具，通過改進複合塗層的結構提高複合塗層的強度，克服膜層容易脫落或出現裂痕的問題。

本實用新型提供一種具有複合塗層的刀具，包括刀具本體和沉積於所述刀具本體的複合塗層；所述複合塗層包括鈦鋁氮化合物膜層，和，鈦鋁氮化合物與鈦碳氮化合物組成的第一混合物膜層；所述鈦鋁氮化合物膜層和所述第一混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向層疊沉積於所述刀具本體的表面；所述鈦鋁氮化合物膜層和所述第一混合物膜層均為納米級膜層。

可選的，所述複合塗層包括鈦鋁氮化合物與鈦矽氮化合物組成的第二混合物膜層；所述第二混合物膜層為納米級膜層；所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第一混合物膜層和所述第二混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向層疊沉積於所述刀具本體的表面。

可選的，所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第一混合物膜層、所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第二混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向順次層疊沉積於所述刀具本體的表面。

可選的，所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第一混合物膜層、所述第二混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向順次層疊沉積於所述刀具本體的表面。

可選的，所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第二混合物膜層、第一混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向順次層疊沉積於所述刀具本體的表面。

可選的，所述複合塗層還包括鈦碳氮化合物膜層；所述鈦碳氮化合物膜層為納米級膜層；所述鈦鋁氮化合物膜層、所述鈦碳氮化合物膜層和所述第一混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向層疊沉積於所述刀具本體表面；所述鈦鋁氮化合物膜層和鈦碳氮化合物膜層間具有所述第一混合物膜層。

可選的，所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第一混合物膜層、所述鈦碳氮化合物膜層和所述第一混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向順次層疊沉積於所述刀具本體的表面。

可選的，所述複合塗層還包括鈦鋁氮化合物與鈦矽氮化合物組成的第二混合物膜層；所述第二混合物膜層為納米級膜層；所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第一混合物膜層、所述第二混合物膜層、所述鈦碳氮化合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向層疊沉積於所述刀具本體的表面。

可選的，所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第一混合物膜層、所述鈦碳氮化合物膜層、所述第一混合物膜層、所述鈦鋁氮化合物膜層和所述第二混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向順次層疊沉積於所述刀具本體表面。

可選的，所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第二混合物膜層、所述鈦鋁氮化合物膜層、所述第一混合物膜層、所述鈦碳氮化合物膜層、所述第一混合物膜層順次沿所述複合塗層的厚度方向順次層疊沉積於所述刀具本體表面。

可選的，所述鈦鋁氮化合物膜層或所述第一混合物膜層與所述刀具本體直接貼合。

可選的，所述複合塗層還包括沉積於最外側的鈦氮化合物膜層。

本實用新型還提供另外一種具有複合塗層的刀具，包括刀具本體和複合塗層；所述複合塗層還包括鈦鋁氮化合物膜層，和，鈦鋁氮化合物與鈦矽氮化合物組成的第二混合物膜層；所述鈦鋁氮化合物膜層和所述第二混合物膜層沿所述複合塗層的厚度方向層疊沉積於所述刀具本體的表面；所述鈦鋁氮化合物膜層和所述第二混合物膜層均為納米級膜層。

可選的，所述複合塗層還包括沉積於最外層的鈦氮化合物膜層。

包括本實用新型提供的具有複合塗層的刀具，複合塗層除包括鈦鋁氮化合物膜層層外，還包括鈦鋁氮化合物和鈦碳氮化合物組成的第一混合膜層，或，鈦鋁氮化合物和鈦矽氮化合物組成的第二混合物膜層。複合塗層中的第一混合物膜層或第二混合物膜層除可起到降低摩擦係數，還可利用第一其中的鈦鋁氮化合物或鈦碳氮化合物提高與相鄰膜層的結合強度，進而提高整個複合塗層的整體強度，減小高速切削過程中膜層之間應力較大而造成複合塗層容易脫落或出現裂痕的問題。

附圖說明

為更清楚地說明背景技術或本實用新型的技術方案，下面對現有技術或具體實施方式中結合使用的附圖作簡單地介紹；顯而易見地，以下結合具體實施方式的附圖僅是用於方便理解本實用新型實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖；

圖1是本實用新型第一實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖2是本實用新型第二實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖3是本實用新型第三實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖4是本實用新型第四實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖5是本實用新型第五實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖6是本實用新型第六實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖7是本實用新型第七實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖8是本實用新型第八實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖9是本實用新型第九實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖10是本實用新型第十實施例的塗層刀具結構示意圖；

圖11是本實用新型第十一實施例的塗層刀具結構示意圖；

其中：1-刀具本體、2-鈦鋁氮化合物膜層、3-第一混合物膜層、4-鈦氮化合物膜層、5-第二混合物膜層、6-鈦碳氮化合物膜層。

具體實施方式

本實用新型提供的具有複合塗層刀具，在複合塗層中具有兩種不同特性化合物混合得到的膜層，以通過混合物膜層中混合物與兩側的單一化合物膜層的結合提高複合層的整體強度。下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行詳細說明。

第一實施例

圖1是本實用新型第一實施例的塗層刀具結構示意圖。如圖1，本實施例中具有複合塗層的刀具包括刀具本體1和塗覆在刀具本體1上的複合塗層。複合塗層可以塗覆在刀具本體1的全部，也可以塗覆在刀具本體1具體實現切削加工的部分。具體應用中，刀具本體1優選聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼等超硬材料製成的本體，但也可以為金屬合金製成的本體。

如圖1，本實施例的複合塗層包括鈦鋁氮化合物膜層2、鈦鋁氮化合物與鈦碳氮化合物混合組成的第一混合物膜層3，鈦鋁氮化合物膜層2和第一混合物膜層3沿複合塗層的厚度方向依次層疊沉積於刀具本體1的表面。因為鈦鋁氮化合物具有耐高溫特性，鈦碳氮化合物的摩擦係數(0.2左右)較低，所以由鈦鋁氮化合物和鈦碳氮化合物組成的第一混合物膜層3能夠綜合兩種材料的優點，具有摩擦係數低、耐高溫的特性；因為第一混合物膜層3具有的鈦鋁氮化合物，可提高與鈦鋁氮化合物膜層2的結合強度，使複合塗層的一體化效果較好。

另從圖1中還可看出，本實施例在複合塗層的最外側還具有鈦氮化合物膜層4。鈦氮化合物膜層4為金色膜層，與鈦鋁氮化合物膜層2和第一混合物膜層3的顏色不同。在刀具使用後，表層的鈦氮化合物會因磨損而脫落，所以鈦氮化合物膜層4可用於標識刀具是否使用。另外，鈦氮化合物的摩擦係數在0.3左右，在刀具開始使用時也可起到減小損耗的作用。

如圖1，從複合塗層的最內側到外側，順次沉積鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3，與刀具本體1連接的膜層為鈦鋁氮化合物膜層2。應當注意，本實施例中的鈦鋁氮化合物膜層2和第一混合物膜層3均為納米級材料膜層，各個膜層的厚度優選在1.0nm-30.0nm間，根據每個膜層的厚度，膜層的堆疊層數為10-200層，使得最終形成的複合塗層總厚度在1.50um-5.00um之間。當然，複合塗層在刀具本體1上的沉積順序也可改變，即從複合塗層的最內側到外側，依次為第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2……、直至最外側的鈦氮化合物膜層4。本實施例中不限制與鈦氮化合物膜層直接接觸的膜層，可為第一混合物膜層3，也可為鈦鋁氮化合物膜層2。

第二實施例

圖2是本實用新型第二實施例的塗層刀具結構示意圖。如圖2，第二實施例中的塗層刀具也包括刀具本體1和塗覆在刀具本體1上的複合塗層。相對於第一實施例，本實施例僅對複合塗層結構做改變，刀具本體1可為第一實施例中的刀具本體1，在此不再複述。

除具有第一實施例中的鈦鋁氮化合物膜層2和第一混合物膜層3外，第二實施例的複合塗層還具有由鈦鋁氮化合物和鈦矽氮化合物組成的第二混合物膜層5。鈦矽氮化合物的耐熱溫度可達1300℃，摩擦係數在0.3左右，其和鈦鋁氮化合物組成的第二混合膜層具有耐高溫、摩擦係數較低的特性。如第一實施例，第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2均為納米級材料膜層，此外第二混合物膜層5也為納米級材料膜層。本實施例中，各個膜層的厚度也在1.0nm-30.0nm間，膜層數量在10-200層，膜層沉積形成的複合塗層厚度在1.5um-5.0um間。

如圖2，在複合塗層的厚度方向，刀具本體上由內到外依次層疊沉積鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、第二混合物膜層5、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、第二混合物膜層5。因在各個化合物膜層中均具有鈦鋁氮化合物，所以各個膜層結合強度較高在一起，使得複合塗層一體化效果。當然，也可將第一混合物膜層3或第二混合物膜層5設置在複合塗層的最內側，並仍然按照前述順序依次層疊各個膜層。但考慮第二混合物膜層5中鈦矽氮化合物與刀體的連接強度不好，所以實際應用中優選鈦鋁氮化合物膜層2和第一混合物膜層3與刀具本體1直接貼合。與第一實施例相同，在本實施例的複合塗層最外側也沉積有鈦氮化合物膜層4，以標識刀具是否使用。從圖2中可看出，與鈦氮化合物膜層4結合的第二混合物膜層5；當然，在其他實施例中也可為鈦鋁氮化合物膜層2或第一混合物膜層3。

第三實施例

圖3是本實用新型第三實施例的塗層刀具結構示意圖。第三實施例中複合塗層的膜層材料與第二實施例中的膜層材料相同，只是膜層的排列方式不同，因此僅對本實施例膜層具體排列方式做介紹，其他材料可參見第二實施例。

如圖3，本實施例中複合塗層按照鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5的順序層疊沉積。本實施例中直接沉積在刀具本體1上的膜層為鈦鋁氮化合物膜層2，在其他實施例中也可為第一混合物膜層3或第二混合物膜層5。同樣，本實施例最外側也具有鈦氮化合物膜層4，與鈦氮化合物膜層4直接接觸膜層可以三種膜層中的任一種，並不限於圖示中的第二混合物膜層5。

第四實施例

圖4是本實用新型第四實施例的塗層刀具結構示意圖；第四實施例中複合塗層的膜層材料與第二實施例中的膜層材料相同，只是膜層的排列方式不同，因此僅對本實施例膜層具體排列方式做介紹，其他材料可參見第二實施例。

本實施例中複合塗層的按照鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3的順序層疊沉積。本實施例中直接沉積在刀具本體1上的膜層為鈦鋁氮化合物膜層2，在其他實施例中也可為第一混合物膜層3或第二混合物膜層5。同樣，本實施例最外側也具有鈦氮化合物膜層4，與鈦氮化合物膜層4直接接觸膜層可以三種膜層中的任一種，並不限於圖示中的第二混合物膜層5。

第五實施例

圖5是本實用新型第五實施例的塗層刀具結構示意圖。第五實施例複合塗層的膜層材料與第二實施例中的膜層材料相同，只是膜層的排列方式不同，因此僅對本實施例膜層具體排列方式做介紹，其他材料可參見第二實施例。

如圖5，本實施例中複合塗層按照鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3的順序層疊沉積。本實施例中直接沉積在刀具本體1上的膜層為鈦鋁氮化合物膜層2，在其他實施例中也可為第一混合物膜層3或第二混合物膜層5。同樣，本實施例最外側也具有鈦氮化合物膜層4，與鈦氮化合物膜層4直接接觸膜層可以為鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3三種膜層中的任一種，並不限於圖示中的第一混合物膜層3。

第六實施例

圖6是本實用新型第六實施例的塗層刀具結構示意圖。如圖6，第六實施例中的塗層刀具也包括刀具本體1和塗覆在刀具本體1上的複合塗層。相對於第一實施例，本實施例進是對複合塗層結構做改變，刀具本體1可為第一實施例中的刀具本體1，在此不再複述

本實施例中，除具有第一實施例中的鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3外，還具有鈦碳氮化合物膜層6。如第一實施例，本實施例的鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3均為納米級材料膜層，另外鈦碳氮化合物膜層6也為納米級材料膜層。本實施例中，各個膜層的厚度可在1.0nm-30.0nm間，膜層數量在10-200層，形成的複合塗層厚度在1.5um-5.0um。

如圖6，在複合塗層的厚度方向，刀具本體上由內到外依次沉積鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3的層疊順序依次排列。在第一混合物膜層3中具有鈦鋁氮化合物和鈦碳氮化合物，這兩種化合物使第一混合物膜層3與兩側的鈦鋁氮化合物膜層2、鈦碳氮化合物膜層6結合程度較好、提高複合塗層的一體化效果。

當然，在本實施例中也可使第一混合物膜層3或鈦碳氮化合物膜層6設置在複合塗層的最內側，並仍然按照前述順序依次層疊各個膜層。

此外，本實施例的複合塗層最外側也設置有鈦氮化合物膜層4，以標識刀具是否使用。從圖6中可看出，與鈦氮化合物膜層4結合的是第一混合物膜層3；當然，在其他實施例中也可為鈦鋁氮化合物膜層2或鈦碳氮化合物膜層6。

第七實施例

圖7是本實用新型第七實施例的塗層刀具結構示意圖。如圖7，第七實施例中的複合塗層具有鈦鋁氮化合物膜層2、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3和第二混合物膜層5，其中第一混合物膜層3為鈦鋁氮化合物和鈦碳氮化合物組成的混合物膜層，第二混合物膜層5為鈦鋁氮化合物和鈦矽氮化合物組成的混合物膜層。本實施例中，各個膜層的厚度可在1.0nm-30.0nm間，膜層數量在10-200層，形成的複合塗層厚度在1.5um-5.0um間。

如圖7，本實施例中，在複合塗層的厚度方向，刀具本體上由內到外依次層疊沉積鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5。第一混合物膜層3、第二混合物膜層5分別具有與兩側相鄰膜相同的材料，相同的材料可提高與相鄰膜層的結合強度。當然，在本實施例中也可使第一混合物膜層3第二混合物膜層5或鈦碳氮化合物膜層6的一種設置在複合塗層的最內側，並仍然按照前述順序依次層疊各個膜層，但優選為鈦鋁氮化合物膜層2和第一混合物膜層3。

此外，本實施例的複合塗層最外側也設置有鈦氮化合物膜層4，以標識刀具是否使用。從圖7中可看出，與鈦氮化合物膜層4結合的是第二混合物膜層5；當然，在其他實施例中也可為其他膜層。

第八實施例

圖8是本實用新型第八實施例的塗層刀具結構示意圖；第八實施例複合塗層的膜層材料與第七實施例中的膜層材料相同，只是膜層的排列方式不同，因此僅對本實施例膜層具體排列方式做介紹，其他材料可參見第七實施例。

本實施例中複合塗層按照鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3的順序層疊沉積。本實施例中直接沉積在刀具本體1上的膜層為鈦鋁氮化合物膜層2，在其他實施例中也可為其他膜層。同樣，本實施例最外側也具有鈦氮化合物膜層4，與鈦氮化合物膜層4直接接觸膜層可以為鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6四種膜層中的任一種，並不限於圖示中的第一混合物膜層3。

第九實施例圖9是本實用新型第九實施例的塗層刀具結構示意圖；第九實施例複合塗層的膜層材料與第七實施例中的膜層材料相同，只是膜層的排列方式不同，因此僅對本實施例膜層具體排列方式做介紹，其他材料可參見第七實施例。

本實施例中複合塗層按照鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3的順序層疊沉積。本實施例中直接沉積在刀具本體1上的膜層為鈦鋁氮化合物膜層2，在其他實施例中也可為其他膜層。同樣，本實施例最外側也具有鈦氮化合物膜層4，與鈦氮化合物膜層4直接接觸膜層可以為鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6中的任一種，並不限於圖示中的第一混合物膜層3。

第十實施例圖10是本實用新型第十實施例的塗層刀具結構示意圖；第十實施例複合塗層的膜層材料與第七實施例中的膜層材料相同，只是膜層的排列方式不同，因此僅對本實施例膜層具體排列方式做介紹，其他材料可參見第七實施例。

本實施例中複合塗層按照鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、鈦鋁氮化合物膜層2、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6、第一混合物膜層3的順序層疊沉積。本實施例中直接沉積在刀具本體1上的膜層為鈦鋁氮化合物膜層2，在其他實施例中也可為其他膜層。同樣，本實施例最外側也具有鈦氮化合物膜層4，與鈦氮化合物膜層4直接接觸膜層可以為鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、第一混合物膜層3、鈦碳氮化合物膜層6四種膜層中的任一種，並不限於圖示中的第一混合物膜層3。

第十一實施例

圖11是本實用新型第十一實施例的塗層刀具結構示意圖。如圖11，第十一實施例中的塗層刀具也包括刀具本體1和塗覆在刀具本體1上的複合塗層。相對於第一實施例，本實施例進是對複合塗層結構做改變，刀具本體1可為第一實施例中的刀具本體1，在此不再複述。

本實施例的複合塗層包括鈦鋁氮化合物膜層2、由鈦鋁氮化合物和鈦矽氮化合物組成的第二混合物膜層5。如圖11，在複合塗層的厚度方向，刀具本體上由內到外依次沉積鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5、鈦鋁氮化合物膜層2、第二混合物膜層5順序依次排列。第二混合物膜層5具有鈦鋁氮化合物，鈦鋁氮化合物可提高第二混合物膜層與與鈦鋁氮化合物膜層2的結合強度，使複合塗層的一體化效果較好。本實施例中，各個膜層的厚度可在1.0nm-30.0nm間，膜層數量在10-200層，形成的複合塗層厚度在1.5um-5.0um間。

與第一實施例相同，在本實施例的複合塗層最外側也設置有鈦氮化合物膜層4，以標識刀具是否使用。從圖11中可看出，與鈦氮化合物膜層4結合的第二混合物膜層5；當然，在其他實施例中也可為第二混合物膜層5。

應當注意，本領域技術人員按照上述實用新型構思按可得到其他類型的實施例。另外，還應注意，本領域技術人員也可將以上各個實施例中的重複沉積結構組合得到其他複合塗層。

以上對本實用新型實施例中的具有複合塗層的刀具進行了詳細介紹。本部分採用具體實施例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的核心思想，在不脫離本實用新型原理的情況下，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。