用於切削刀具的塗層的製作方法
2023-12-03 10:23:01 1
用於切削刀具的塗層的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於切削刀具的塗層。在一個方面說明了切削刀具，這些切削刀具具有粘附到其上的塗層。在一些實施例中，一種塗覆的切削刀具包括一個基底以及一個粘附到該基底上的塗層，該塗層包括至少一個通過化學氣相沉積而沉積的複合層，該複合層包括一個氧氮化鋁相和一個金屬氧化物相，該金屬氧化物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。
【專利說明】用於切削刀具的塗層
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於切削刀具的塗層，並且更特別地涉及通過化學氣相沉積(CVD)而沉積的塗層。
【背景技術】
[0002]包括燒結碳化物切削刀具在內的切削刀具已經在有塗層和無塗層兩種情況中用於對不同金屬和合金進行機加工。為了提高切削刀具的耐磨損性、性能和壽命，已經將一層或多層耐火材料施加到切削刀具的表面上。例如，已經通過CVD並且通過物理氣相沉積(PVD)將TiC、TiCN、TiN和/或Al2O3施加到燒結碳化物基底上。雖然在各種應用中在抑制磨損和延長刀具壽命方面是有效的，但是基於上述耐火材料的單層或多層構造的耐火塗層已經逐漸達到其性能極限，由此要求發展用於切削刀具的新的塗層結構。
【發明內容】
[0003]在一個方面，描述了切削刀具，這些切削刀具具有粘附到其上的塗層，在一些實施例中，這些塗層可以展示出希望的耐磨損性以及增加的切削壽命。在一些實施例中，一種塗覆的切削刀具包括一個基底以及一個粘附到該基底上的塗層，該塗層包括至少一個通過化學氣相沉積而沉積的複合層，該複合層包括一個氧氮化招相和一個金屬氧化物相，該金屬氧化物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。在一些實施例中，一個複合層的金屬氧化物相包括多種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。此外，在此所描述的塗層的 複合層除了該氧氮化鋁相和金屬氧化物相之外可以進一步包括一種金屬氧氮化合物相，該金屬氧氮化合物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧氮化合物。
[0004]在另一個方面，在此描述了製造塗覆的切削刀具的方法。在一些實施例中，一種製造塗覆的切削刀具的方法包括:提供一個基底並且在該基底上通過化學氣相沉積來沉積塗層的至少一個複合層，該複合層包括一個氧氮化鋁相和一個金屬氧化物相，其中該金屬氧化物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。在一些實施例中，該金屬氧化物相包括多種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。此外，所沉積的複合層除了該氧氮化鋁相和金屬氧化物相之外還可以包括一種金屬氧氮化合物相，該金屬氧氮化合物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧氮化合物。
[0005]在下面的詳細說明中進一步說明了這些和其他實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1展示了根據在此說明的一個實施例的一個塗覆的切削刀具的基底。
[0007]圖2是根據在此說明的一個實施例的塗覆的切削鑲片的一個截面的顯微照片，展示了該塗層結構的多個層。
[0008]圖3是根據在此說明的一個實施例的一個塗覆的切削鑲片的截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
[0009]圖4是根據在此說明的一個實施例的複合層表面的SEM圖像。
【具體實施方式】
[0010]通過參考以下詳細說明和實例以及它們的上述和以下說明可以更容易地理解在此描述的實施例。但是，在此描述的元素、設備和方法並不限於在詳細說明和實例中提及的具體實施例。應該認識到，這些實施例僅是本發明原理的展示。在不脫離本發明的精神和範圍的情況下做出的許多修改和修正將是本領域的普通技術人員容易明白的。
[0011]1.塗覆的切削刀具
[0012]在一個方面，描述了切削刀具，這些切削刀具具有粘附到其上的塗層，在一些實施例中這些塗層可以展示出希望的耐磨損性以及增加的切削壽命。在一些實施例中，一種塗覆的切削刀具包括一個 基底以及一個粘附到該基底上的塗層，該塗層包括至少一個通過化學氣相沉積而沉積的複合層，該複合層包括一個氧氮化招相和一個金屬氧化物相，該金屬氧化物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。一個複合層的金屬氧化物相可以包括多種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。此外，在此所描述的塗層的複合層除了該氧氮化鋁相和金屬氧化物相之外可以進一步包括一種金屬氧氮化合物相，該金屬氧氮化合物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧氮化合物。在此描述的周期表的族是根據CAS命名法確定的。
[0013]現在轉向具體的部件，在此描述的塗覆的切削刀具包括一個基底。塗覆的切削刀具的基底可以包括不與本發明的目的相矛盾的任何材料。在一些實施例中，一個基底包括:燒結碳化物、碳化物、陶瓷、金屬陶瓷或鋼。
[0014]在一些實施例中，燒結碳化物基底包括碳化鎢(WC)。WC可以在一個基底中存在的量是至少約70的重量百分比。在一些實施例中，WC在一個基底中存在的量是至少約80重量百分比或至少約85重量百分比。另外，一個燒結碳化物基底的金屬粘結劑可以包括鈷或鈷合金。例如，鈷可以在一個燒結碳化物基底中存在的量的範圍是從約3重量百分比至約
15重量百分比。在一些實施例中，鈷在一個燒結碳化物基底中存在的量的範圍是從約5重量百分比至約12重量百分比或從約6重量百分比至約10重量百分比。此外，一個燒結碳化物基底可以呈現出在該基底的表面開始並向內延伸的一個粘結劑富集區。
[0015]一個燒結碳化物基底還可以包括一種或多種添加劑，例如像以下元素和/或它們的化合物中的一種或多種:鈦、鈮、釩、鉭、鉻、鋯和/或鉿。在一些實施例中，鈦、鈮、釩、鉭、鉻、鋯和/或鉿與該基底中的WC形成固溶體碳化物。在一些實施例中，該基底包括一種或多種固溶體碳化物，其量的範圍是從約0.1重量百分比至約5重量百分比。另外，一種燒結碳化物基底可以包括氮。
[0016]在一些實施例中，在此描述的一種塗覆的切削刀具的基底包括在該基底的一個前刀面與多個肋側面的相接處形成的一個或多個切削刃。圖1展示了根據在此說明的一個實施例的一個塗覆的切削刀具的基底。如圖1所展示的，基底10具有在基底前刀面14與脅側面16的相接處形成的多個切削刃12。該基底還包括一個孔18，該孔可用於將基底10固定到一個刀夾具上。
[0017]在一些實施例中，一種塗覆的切削刀具的基底是一個鑲片、鑽頭尖、鋸片或其他切削裝置。
[0018]如在此描述的，粘附到該基底上的一個塗層包括至少一個通過化學氣相沉積而沉積的複合層，該複合層包括一個氧氮化鋁(AlON)相和一個金屬氧化物相，該金屬氧化物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。該AlON相可以在該複合層中以不與本發明的目的相矛盾的任何量存在。例如，該AlON相可以是該複合層的主要相，用作在此進一步討論的金屬氧化物和金屬氧氮化合物相的基質。在一些實施例中，該AlON相在該複合層中存在的量是選自表1。
[0019]表1-複合層的AlON相(體積百分比)
[0020]
【權利要求】
1.一種塗覆的切削刀具，包括: 一個基底；以及 一個粘附到該基底上的塗層，該塗層包括至少一個通過化學氣相沉積而沉積的複合層，該複合層包括一個氧氮化鋁相和一個金屬氧化物相，該金屬氧化物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。
2.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該金屬氧化物相包括Zr02、Hf02、或它們的混合體。
3.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，除了該氧氮化鋁相和金屬氧化物相之外進一步包括一個金屬氧氮化合物相，該金屬氧氮化合物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧氮化合物。
4.如權利要求3所述的塗覆的切削刀具，其中，該金屬氧氮化合物相包括TiON。
5.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該金屬氧化物相是分散在該氧氮化鋁相中的。
6.如權利要求3所述的塗覆的切削刀具，其中，該金屬氧化物相和該金屬氧氮化合物相是分散在該氧氮化鋁相中的。
7.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該氧氮化鋁相包括六方結晶結構、立方結晶結構、或者非晶相結構或者它們的混合體。
8.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該氧氮化鋁相包括量為20到50原子百分比的鋁、量為40到70原子百分比的氮、以及量為I到20原子百分比的氧。
9.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該氧氮化鋁相在該複合層中存在的量為80體積百分比到99體積百分比。
10.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該金屬氧化物相包括立方、單斜或四方結晶結構或者它們的混合體。
11.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該塗層進一步包括在該複合層與該基底之間的一個或多個內層。
12.如權利要求11所述的塗覆的切削刀具，其中，該一個或多個內層包括選自鋁和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金屬元素構成的組中的一種或多種金屬元素以及選自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金屬元素構成的組中的一種或多種非金屬兀素。
13.如權利要求11所述的塗覆的切削刀具，其中，該一個或多個內層包括選自鋁和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金屬元素組成的組中的金屬元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。
14.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該塗層進一步包括在該複合層上的一個或多個外層。
15.如權利要求14所述的塗覆的切削刀具，其中，該一個或多個外層包括選自鋁和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金屬元素構成的組中的一種或多種金屬元素以及選自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金屬元素構成的組中的一種或多種非金屬兀素。
16.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該塗層進一步包括:在該基底與該複合層之間的一個或多個內層，一個內層包括選自鋁和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金屬元素構成的組中的一種或多種金屬元素以及選自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金屬元素構成的組中的一種或多種非金屬元素；以及在該複合層上的一個或多個外層，一個外層包括選自鋁和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金屬元素構成的組中的一種或多種金屬元素以及選自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金屬元素構成的組中的一種或多種非金屬元素。
17.如權利要求1所述的塗覆的切削刀具，其中，該基底是基於Si3N4、Al2O3、或ZrO2或它們的混合物的燒結碳化物、金屬陶瓷、或者陶瓷。
18.—種製造塗覆的切削刀具的方法，包括: 提供一個基底；並且 在該基底上通過化學氣相沉積而沉積一個塗層的至少一個複合層，該複合層包括一個氧氮化鋁相和一個金屬氧化物相，該金屬氧化物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧化物。
19.如權利要求18所述的方法，其中，該金屬氧化物相包括Zr02、HfO2、或它們的混合體。
20.如權利要求18所述的方法，其中，該複合層是從一種氣態混合物沉積的，該氣態混合物包括一種鋁源、氧源、氮源和第IVB族的該金屬元素的源。
21.如權利要求20所述的方法，其中，該鋁源是AlCl3,並且該金屬元素源是第IVB族金屬的氯化物。
22.如權利要求20所述的方法，其中，該氧源是CO2並且該氮源是NH3。
23.如權利要求18所述的方法，其中，該複合層除了該氧氮化鋁相和金屬氧化物相之外進一步包括一個金屬氧氮化合物相，該金屬氧氮化合物相包括至少一種選自周期表的第IVB族的金屬元素的氧氮化合物。
24.如權利要求23所述的方法，其中，該金屬氧氮化合物相包括TiON。
25.如權利要求24所述的方法，其中，該複合層是從一種氣態混合物沉積的，該氣態混合物包括一種鋁源、氧源、氮源、鈦源以及第IVB族的該金屬元素的源。
26.如權利要求18所述的方法，其中，在該塗層的一個內層上沉積該複合層。
27.如權利要求26所述的方法，其中，該內層包括選自鋁和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金屬元素構成的組中的一種或多種金屬元素以及選自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金屬元素構成的組中的一種或多種非金屬元素。
28.如權利要求18所述的方法，進一步包括在該複合層上通過化學氣相沉積來沉積一個或多個外層。
29.如權利要求28所述的方法，其中，該一個或多個外層包括選自鋁和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金屬元素構成的組中的一種或多種金屬元素以及選自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金屬元素構成的組中的一種或多種非金屬元素。
30.如權利要求18所述的方法，進一步包括對該沉積的塗層進行溼噴射或幹噴射，從而引起該複合層的該氧氮化鋁相的殘餘應力水平的變化。
【文檔編號】C23C16/34GK103966571SQ201410018083
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2013年1月25日
【發明者】V·索特凱, D·倫克, H·韋斯特法爾, H·范登伯格, P·萊希特, M·格林菲爾德, Y·劉 申請人:鈷碳化鎢硬質合金公司