專(zhuān)利名稱(chēng)：切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及切削工具，并且更具體地，涉及具有在切削工具的表面上形成的多層涂層的切削工具。
背景技術(shù)：
各種類(lèi)型的涂層常規(guī)地用于改進(jìn)切削性能和延長(zhǎng)切削工具的壽命。為了改進(jìn)涂層的性能，使用以多個(gè)層堆疊的多層涂層，其中每層的厚度為幾納米。在這樣的多層涂層中，相鄰層的組成不同地設(shè)置，由此導(dǎo)致在相鄰層之間不同的晶格參數(shù)和相互作用。因此，多層涂層的硬度和耐磨性得到改進(jìn)。然而，當(dāng)具有僅幾納米厚度的多個(gè)層堆疊時(shí)，由于來(lái)自堆疊結(jié)構(gòu)的累積的扭應(yīng)力引起抗沖擊性降低，存在因此提高脆性斷裂的發(fā)生的問(wèn)題。在另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)中，通過(guò)向其中沉積多層、各多層的厚度為幾納米的結(jié)構(gòu)內(nèi)，采用夾層的厚層(其厚度為幾百納米至幾微米)，來(lái)增強(qiáng)多層涂層的韌性和抗沖擊 性。厚層降低由沉積的層(其中各層具有幾納米厚度)引起的高扭應(yīng)力，以改進(jìn)多層涂層的韌性和抗沖擊性。然而，為了實(shí)現(xiàn)上述效果，夾層的層必須厚，其因此降低由具有幾納米厚度的層之間的相互作用所預(yù)期的硬度增強(qiáng)效果。這引起多層涂層的硬度和耐磨性劣化的問(wèn)題。因此，常規(guī)的多層涂層僅能改進(jìn)機(jī)械性質(zhì)中的一種，即，硬度或韌性。因此，具有現(xiàn)有技術(shù)的多層涂層的切削工具僅局限于實(shí)現(xiàn)一個(gè)目的，即，高耐磨性或高抗沖擊性。此外，由于與另一種性質(zhì)相比，機(jī)械性質(zhì)中的一種(即，耐磨性或抗沖擊性)相對(duì)較差，現(xiàn)有技術(shù)的多層涂層在延長(zhǎng)切削工具的壽命方面存在局限。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的一個(gè)目的是增強(qiáng)切削工具的技術(shù)性質(zhì)——耐磨性和抗沖擊性?xún)烧?，由此使得切削工具能夠用于需要高耐磨性或高抗沖擊性中任一種的廣泛的過(guò)程。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有多層涂層的切削工具，其顯著提高切削工具的壽命，即使提高切削速度也如此。解決問(wèn)題的方案
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的切削工具包括基底材料和在基底材料的表面上形成的多層涂層。多層涂層包含A-層、B-層和C-層。這些層從基底材料朝向所述多層涂層的外表面以A-層、C-層和B-層的順序重復(fù)沉積。A-層由ai層和a2層組成，這些ai層包含Ti4fr49Al5r54N 并且厚度為 4nnT30nm,而這些 a2 層包含 Tisr38Al62^66N 并且厚度為 2nnT25nm。B1層和a2層非周期性地沉積。ai層和a2層的沉積的層的總數(shù)為每IOOnm SlO15A-層的一個(gè)單兀層包括由％層和a2層組成的 幾積的層，并且厚度為0. 5 2. 0 u rrio B-層包含Ti34~38Al62~66N，并且由B-層組成的個(gè)單兀層的厚度為0. I U m 0. 5 u rrio C-層包含Ti46~49Al51~54N并且厚度為55 95nm。
在本發(fā)明的多層涂層中B-層與A-層的總厚度比率(總B-層厚度/總A-層厚度)小于0. 3。此外，在A-層中層與a2層的總厚度比率(總層厚度/總a2層厚度)為
I.I 2. I。在本發(fā)明的多層涂層中A-層具有調(diào)節(jié)至27 32 GPa的硬度。此外，B-層具有調(diào)節(jié)至22 24 GPa的硬度，并且C-層具有調(diào)節(jié)至26 30 GPa的硬度。本發(fā)明的有益效果
根據(jù)本發(fā)明，由于通過(guò)多層涂層改進(jìn)切削工具的機(jī)械性質(zhì)一耐磨性和抗沖擊性?xún)烧?，切削工具可廣泛用于需要高耐磨性或高抗沖擊性中任一種的過(guò)程。另外，由于改進(jìn)耐磨性和抗沖擊性?xún)烧?，在切削工作期間切削刀刃高度穩(wěn)定。因此，切削工具的壽命可顯著增 強(qiáng)，即使提高切削速度也如此。附圖簡(jiǎn)述
圖I為包含本發(fā)明的多層涂層的切削工具的示意圖。圖2為濺射裝置的一個(gè)實(shí)施方案的略圖，其用于形成具有本發(fā)明的多層涂層的切削工具。圖3為其中當(dāng)A-層由各種組成在基底材料I (Micro WC - 9^11重量％ Co)上形成時(shí)，比較切削工具壽命的圖。圖4為其中當(dāng)A-層由各種組成在基底材料2 (General WC - l(Tl3重量％ Co -r2重量％較少金屬碳化物)上形成時(shí)，比較切削工具壽命的圖。圖5(a)為顯示非周期性沉積的B1層和a2層的厚度的圖。圖5(b)為其中層和a2層非周期性沉積的A-層的一部分的顯微照片。圖6 (a)為顯示幾乎周期性沉積的B1層和a2層的厚度的圖。圖6 (b)為其中層和a2層幾乎周期性沉積的A-層的一部分的顯微照片。圖7 (a)顯示測(cè)量非周期性沉積的層和a2層和幾乎周期性沉積的層和a2層的韌性的方法。圖7 (b)為其中在非周期性沉積的層和a2層和幾乎周期性沉積的層和a2層之間比較韌性的圖。圖8(a)為其中B-層與A-層的總厚度比率(總B-層厚度/總A-層厚度)為I的多層涂層的示意圖。圖8(b)為其中B-層與A-層的總厚度比率(總B-層厚度/總A-層厚度)為0. 2的多層涂層的示意圖。圖9為其中當(dāng)B-層與A-層的總厚度比率(總B-層厚度/總A-層厚度)為I和
0.2時(shí)，比較耐磨性和抗沖擊性的圖。

圖10(a)為在切削測(cè)試后切削刀刃的照片，其中SCM4工件由包含具有C-層的多層涂層的切削工具切削。圖10(b)為在切削測(cè)試后切削刀刃的照片，其中SCM4工件由包含沒(méi)有C-層的多層涂層的切削工具切削。圖11 (a)為在切削測(cè)試后切削刀刃的照片，其中SUS304工件由包含具有C-層的多層涂層的切削工具切削。
圖11 (b)為在切削測(cè)試后切削刀刃的照片，其中SUS304工件由包含沒(méi)有C-層的多層涂層的切削工具切削。圖12(a)為顯示在使用SUS304工件的切削過(guò)程中比較切削工具的壽命的圖，其中在對(duì)比實(shí)施例與具有基底材料(Micro WC — 5. 5飛.5重量％ Co)的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例之間進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中在本發(fā)明的多層涂層中B-層包含Ti46~49Al51~54N，并且C-層包含TiM~%Ale2~eeN，而對(duì)比頭施例中的多層涂層僅包含A-層，而沒(méi)有B-層和C-層。圖12(b)為顯示在使用Inconel718工件的切削過(guò)程 中比較切削工具的壽命的圖，其中在對(duì)比實(shí)施例與具有基底材料(Micro WC — 5. 5飛.5重量％ Co)的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例之間進(jìn)行比較，其中在本發(fā)明的多層涂層中B-層包含Ti46~49Al51~54N，并且C-層包含TiM~%Ale2~eeN，而對(duì)比頭施例中的多層涂層僅包含A-層，而沒(méi)有B-層和C-層。發(fā)明實(shí)施方案
將參考附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施方案。圖I為包含本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的多層涂層的切削工具的示意圖。本發(fā)明的切削工具包括基底材料和在基底材料的表面上形成的多層涂層?；撞牧峡捎刹牧侠缣蓟u制成。在基底材料的表面上形成的多層涂層包含A-層、B-層和C-層。這些層從基底材料朝向多層涂層的外表面以A-層、C-層和B-層的順序重復(fù)沉積。A-層包含層和a2層，二者均具有可顯著增強(qiáng)多層涂層的硬度的組成，并且形成沉積的結(jié)構(gòu)以改進(jìn)多層涂層的韌性。此外，本發(fā)明的多層涂層的韌性可通過(guò)具有預(yù)定厚度的B-層增強(qiáng)。B-層減輕由A-層中的層和a2層的沉積而產(chǎn)生的扭應(yīng)力。此外，本發(fā)明的多層涂層結(jié)構(gòu)化，使得具有預(yù)定的組成和預(yù)定的厚度的C-層首先在A-層上沉積，其中B-層隨后在C-層的頂部沉積。通過(guò)這樣做，可均勻形成B-層，并且B-層的韌性增強(qiáng)效果可最大化。如此，通過(guò)非周期性沉積B1層和&2層，本發(fā)明的多層涂層的韌性可增強(qiáng)。通過(guò)C-層使B-層的韌性增強(qiáng)效果最大化。因此，足夠的韌性所需的B-層可薄薄地形成。由于B-層變薄，A-層的厚度比率提高，這提高整個(gè)多層涂層的硬度。并且，與當(dāng)形成薄的B-層時(shí)整個(gè)多層涂層的韌性會(huì)降低的預(yù)期相反，當(dāng)B-層與A-層的總厚度比率(總B-層厚度/總A-層厚度)控制在小于0.3時(shí)，多層涂層的韌性增強(qiáng)。下文中，將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的多層涂層的各層的功能和性質(zhì)。A-層通過(guò)交替沉積B1層和a2層形成，其中B1層和a2層具有彼此不同的組成。B1層包含Ti46~49Al51~54N，而a2層包含Ti34~38Al62~66N。如此，由層之間的相互作用引起的硬度增強(qiáng)效果最大化。這導(dǎo)致顯著增強(qiáng)多層涂層的耐磨性，以及顯著改進(jìn)切削工具的壽命。如下所述，關(guān)于層和a2層的組成，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行若干切削性能測(cè)試。[實(shí)驗(yàn)I]
在該實(shí)驗(yàn)中，在基底材料I (Micro WC - 9^1 I重量％ Co)和基底材料2 (General WC-1(T13重量％ Co _廣2重量％較少金屬碳化物)的表面上形成涂層。通過(guò)兩種類(lèi)型的電弧靶在這兩種基底材料的表面上形成涂層，如圖2所示。五種不同類(lèi)型的涂層隨后在每種基底材料上沉積。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中，具有如下表I所示組成的靶用作Q-位置靶和R-位置靶。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例廣4中，通過(guò)在Q-位置和R-位置排列具有不同組成的靶，形成多層涂層。此外，在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例5中，通過(guò)在Q-位置和R-位置排列具有Ti5tlAl5tl組成的相同類(lèi)型的靶，形成單層涂層。
[表 I]
權(quán)利要求
1.一種切削工具，其包含基底材料和在所述基底材料的表面上形成的多層涂層，所述多層涂層包含從基底材料朝向所述多層涂層的外表面以A-層、C-層和B-層的順序重復(fù)沉積的A-層、C-層和B-層；A-層的厚度為0. 5 2. 0 u m并且包含S1層和a2層，ax層的厚度為4nm 30nm并且包含Ti46~49Al51~54N， 而a2層的厚度為2nnT25nm并且包含Ti34~38Al62~66N,其中每IOOnm非周期性沉積8 20層的所述層和a2層；B-層的厚度為 0. I u nTO. 5 u m 并且包含 T i34~38Al62~66N ； C-層的厚度為55 95nm并且包含Ti46~49Al51~54N ； 其中，在多層涂層中B-層與A-層的總厚度比率(總B-層厚度/總A-層厚度)小于0.3。
2.一種切削工具，其包含基底材料和在所述基底材料的表面上形成的多層涂層，所述多層涂層包含從基底材料朝向所述多層涂層的外表面以A-層、C-層和B-層的順序重復(fù)沉積的A-層、C-層和B-層；A-層的厚度為0. 5 2. 0 u m并且包含S1層和a2層，a1層的厚度為4nm 30nm并且包含^146~49-^151~54^ 而a2層的厚度為2nnT25nm并且包含Ti34~38Al62~66N,其中每IOOnm非周期性沉積8 20層的所述層和a2層； B-層的厚度為0. I u m 0. 5 u m并且包含Ti46^49Al5r54N ； C-層的厚度為55 95nm并且包含T i34~38Al62~66N ； 其中，在多層涂層中B-層與A-層的總厚度比率(總B-層厚度/總A-層厚度)小于0.3。
3.權(quán)利要求I或2的切削工具，其中在A-層中ai層相比a2層的總厚度(總層厚度/總％層厚度)為I. r2. I。
4.權(quán)利要求I或2的切削工具，其中所述A-層具有調(diào)節(jié)至27 32GPa的硬度，其中所述B-層具有調(diào)節(jié)至22 24 GPa的硬度，并且其中所述C-層具有調(diào)節(jié)至26 30 GPa的硬度。
全文摘要
本發(fā)明的切削工具包括基底材料和在其上形成的多層涂層。所述多層涂層包含從基底材料朝向所述多層涂層的外表面以A-層、C-層和B-層的順序重復(fù)沉積的A-層、B-層和C-層。A-層由a1層和a2層組成，其中每100nm非周期性沉積8～20層的所述a1層和a2層。A-層、B-層和C-層的各單元層的厚度分別為0.5～2.0μm、0.1μm～0.5μm和55～95nm。
文檔編號(hào)B23B27/14GK102741447SQ201080063356
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者尹喆遠(yuǎn), 尹茂榮, 鄭鏞鉉 申請(qǐng)人:特固克有限會(huì)社