具有多重织构分量的氧化铝层的制作方法

专利名称：具有多重织构分量的氧化铝层的制作方法
技术领域：
本发明涉及涂层切削工具、其制备方法和用途，所述涂层切削工具包含合并多重织构化的α-氧化铝(C1-Al2O3)层涂覆的主体。所述层通过化学气相沉积(CVD)来生长，且本发明提供具有改进的磨损性质和良好的成屑机械加工性质的氧化物层。
背景技术：
通常，基于CVD氧化铝的涂层包含碳氮化钛的内层和Al2O3的外层。开发和使用包含不同的Al2O3多形体例如a -Al2O3> K -Al2O3和Y -Al2O3及其多层结构。US3967035公开了一种a -Al2O3涂覆的切削工具刀片，其中通过铁族金属铝酸盐的薄中间层将层粘结到刀片上。US3836392公开了一种a -Al2O3涂覆的切削工具刀片，其中将层直接沉积到刀片上。US3837896公开了一种a -Al2O3涂覆的切削工具刀片，其中在氧化物层之前沉积中间碳化物或氮化物层。US4619866公开了一种a-Al2O3涂覆的切削工具刀片，其中利用选自硫、硒、碲、磷、砷、锑、铋及其混合物的掺杂剂来沉积氧化物，大幅提高层的生长速率。US5968595公开了一种涂覆有单个层或多个层的切削工具刀片，其包含至少一个{210}织构化K -Al2O3的层。US5162147公开了一种涂覆有内部a-Al2O3层和外部κ-Al2O3层的切削工具刀片。US5700569公开了一种多层氧化物涂覆的切削工具刀片，其包含a-Al2O3层或K -Al2O3 m οUS6015614公开了一种在单层和/或双层a-Al2O3和κ-Al2O3的厚层上涂覆有TiN/TiC多层结构的切削工具刀片。US6632514公开了一种涂覆有κ -Al2O3和TiN或Ti(C、N)层的多个层的切削工具刀片。US7470296公开了一种涂覆有包含Ti (C，N)和Al2O3优选κ -Al2O3的层的多个层的切削工具刀片。US6855413公开了一种涂覆有包含TiN和κ -Al2O3的层的多个层的切削工具刀片。US6572991公开了一种具有Y-Al2O3层外层的氧化物涂覆的切削工具刀片。US6689450公开了一种具有κ -Al2O3和/或Y -Al2O3或TiN的多个层的涂层切削工具刀片。近来，通过控制晶体学取向、织构，尤其是对于C1-Al2O3多形体，已经实现了氧化物层的进一步增强。通过开发新的合成路线，已经实现了该目的，所述新的合成路线包括使用成核和生长顺序、粘结层、反应物气体的顺序、添加织构改性剂和/或通过使用氧化铝转化层。通常，使用X射线衍射(XRD)技术和织构系数的概念对织构进行评价。使用多种粘结/成核层和生长顺序来合成织构化的氧化铝层
US7094447公开了一种制造具有改进的耐磨性和韧性的织构化的a -Al2O3层的方法。使用由铝化和氧化步骤构成的成核顺序在(Ti，Al) (C, O, N)粘结层上形成C1-Al2O3层。所述层的特征在于通过XRD所确定的{012}生长织构。US7442431公开了一种使用由短脉冲以及含Ti脉冲和氧化脉冲的吹扫构成的成核顺序在(Ti，Al) (C，0，N)粘结层上制造织构化的C1-Al2O3层的方法。所述层的特征在于通过XRD所确定的{110}生长织构。US7455900公开了一种使用由短脉冲以及由Ti+Al脉冲和氧化脉冲组成的吹扫构成的成核顺序在(Ti，Al) (C，0，N)粘结层上制造织构化的O-Al2O3层的方法。所述层的特征在于通过XRD所确定的{116}生长织构。US7442432公开了一种利用改进的但与US7455900中所公开的类似技术在(Ti1Al) (C, O, N)粘结层上制造织构化的C1-Al2O3层的方法。所述层的特征在于通过XRD所确定的{104}生长织构。US2007104945公开了一种织构化a -Al2O3涂覆的切削工具刀片，对于所述切削工具刀片，得到了成核受控的Q-Al2O3层织构。所述层的特征在于通过XRD所确定的{006}生长织构。US2008187774公开了一种织构硬化的a -Al2O3涂覆的切削工具刀片，其具有通过XRD所确定的{006}生长织构。US6333103公开了一种在Ti (C，O)粘结层上生长的织构化的a -Al2O3层，其特征在于通过XRD所确定的{10(10)}生长织构。使用反应物气体的顺序来合成织构化的氧化铝层US5654035公开了一种涂覆有耐火的单个层或多个层的主体，其中特定层的特征在于如下的受控微观结构和相组成，其具有在相对于涂层主体表面的择优方向上生长的晶面(生长织构)。通过以如下顺序设定反应物气体的顺序得到织构化的C1-Al2O3层:C02、CO和A1C13。所述层的特征在于通过XRD所确定的{012}生长织构。US5766782公开了一种涂覆有包括a -Al2O3的耐火的单个层或多个层的切削工具，其中特定层的特征在于相对于涂层主体表面的受控生长织构。通过设定反应物气体的顺序，以使得首先在N2和/或Ar气氛中将CO2和CO供应至反应器，随后向反应器中供应H2和AlCl3，而得到织构化的C1-Al2O3层。所述层的特征在于通过XRD所确定的{104}生长织构。使用织构改性剂来合成织构化的氧化铝层US7011867公开了一种包含耐火化合物的一个或多个层的涂层切削工具，其中至少一个层是具有柱状晶粒结构和{300}生长织构的C1-Al2O3层，所述生长织构是通过XRD确定的。通过在生长期间向反应气体中添加ZrCl4作为织构改性剂来获得所述微观结构和织构。US5980988公开了一种通过在生长期间使用SF6作为织构改性剂而得到的{110}织构化的α-Α1203层。所述织构是通过XRD确定的。US5702808公开了一种通过在生长期间设定SF6和H2S的顺序而得到的{110}织构化的a -Al2O3层。所述织构是通过XRD确定的。使用转化层合成织构化的氧化铝层
US RE41111公开了一种使用具有20_200nm厚度的初始热处理氧化铝核心层(转化层)而得到的{0001}织构化的C1-Al2O3层。所述织构是通过电子背散射衍射(EBSD)确定的。在例如 Introduction to Texture Analysis:Macrotexture, Microtexture, andOrientation Mapping,Valerie Randle and Olaf Engler,(ISBN90-5699-224-4)第13 - 40页中，可发现通过使用极图、极曲线图、取向分布函数(ODF)和织构系数对织构进行评价的分析以及EBSD说明。通常，织构的评价可包括:i)构建 ODF，ii)识别分量欧拉角(Euler angle) (^、Φ和Φ2 (参照图5)及其相应的ODF密度和晶体学指数，iii)构建相关织构分量的一个或多个极图，和/或iv)构建相关织构分量的一个或多个极曲线图。

发明内容
本发明的目的是提供一种通过CVD沉积的多重织构受控的a -Al2O3层，所述a -Al2O3层具有改进的磨损性质和成屑切削性能。另外，另外本发明的目的是提供一种制造所述a -Al2O3层的方法。令人惊奇地，已经发现，仅通过生长条件可实现对多重织构化的a -Al2O3层的控制，从而得到具有改进的金属切削性质的可调的a -Al2O3层。


图1.在工艺条件Α、Β等之间以周期/非周期地、向上/向下地和/或连续/逐步地变化的方式沉积a -Al2O3的实施例。图2.(a)根据本发明多重织构化的{01-15}+ {10-15}+ {01-12}+ {10-12} a -Al2O3层(II)和Ti (C，N)层(I)的断裂横断面的SEM显微照片，以及(b)根据现有技术的单个织构化的{0001} α-Α1203层(II)和Ti (C，N)层(I)的断裂横断面的SEM显微照片。图3.根据本发明多重织构化的{01-15}+ {10-15}+ {01-12}+ {10-12} Q-Al2O3层的X射线衍射(XRD)图案。图4.(a)根据本发明多重织构化的{01-15}+ {10-15}+ {01-12}+ {10-12} a -Al2O3层的抛光平面视图的背散射SEM显微照片，和(b)根据现有技术的单个织构化的{0001}a -Al2O3层的抛光平面视图的背散射SEM显微照片。图5.相对于晶体学取向在ODF表示中所使用欧拉角Φρ Φ和Φ2的定义。图6.(a)根据本发明具有其{01-15}、{10-15}、{01-12}和{10-12}解的分别表示为 A、A' ^和…的多重织构化{01-15}+ {10-15}+ {01-12}+ {10-12} a-Al2O3 层的 ODF 等值线图(欧拉角和密度)，以及(b)根据现有技术的单个织构化的{0001} C1-Al2O3层的ODF等值线图(欧拉角和 密度)。图7.(a) {01-12}、{01-15}、{10-12}和{10-15}织构分量的 EBSD 极图，和(b)根据现有技术的{0001}织构化的Q-Al2O3层的EBSD极图。
图8.多重织构化的{01-15}+{10-15}+ {01-12}+ {10-12} Q-Al2O3层的(a) {01-15}织构分量、(b) {10-15}织构分量、(c) {01-12}织构分量和(d) {10-12}织构分量的EBSD极曲线图，以及(e)根据现有技术的单个织构化的{0001} C1-Al2O3层的EBSD极曲线图。x是极图从中心(X=O)到边缘(X =90)的角(参照图7)。MUD是单位分布的倍数。发明详述根据本发明，提供了一种通过用于通过排屑进行机械加工的切削工具刀片，其包含基于烧结碳化物、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼的材料的硬质合金主体，在所述主体上通过CVD沉积硬且耐磨的涂层，所述涂层包含至少一个具有如下条件的a -Al2O3层，本文中定义为多重织构化的a -Al2O3层:-ODF织构系数>1，优选1〈0DF织构系数〈50，最优选1〈0DF织构系数〈10，且-在所述层内共存至少两个主要织构分量，即最高的ODF密度，其中的每个具有2<0DF密度〈100，优选2〈0DF密度〈50，最优选3〈0DF密度〈25。优选地，相对于所述涂层主体的表面法线，所述多重织构化的a -Al2O3层具有旋转对称的纤维织构。使用极图、极曲线图、取向分布函数(ODF)和织构系数从例如EBSD或XRD数据对所述织构进行评价。所述多重织构化的a -Al2O3层具有0.5 μ m至30 μ m、优选0.5 μ m至20 μ m、最优选Ιμπι至ΙΟμπι的厚度,具有如下的柱状晶粒结构，其具有0.1 μ m至5 μ m、优选0.1 μ m至2.5 μ m的平均柱宽度，和使用触针表面光度仪确定的在整个10 μ m长度上Ra〈l.0 μ m、优选0.2 μ m至0.5 μ m的未处理(沉积的)的表面粗糙度。根据抛光的平面视图(涂层的顶面)的背散射SEM显微照片确定柱宽度并使用例如EBSDChannel5程序包进行评价。在一个优选实施 方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{01-15}或{10-15}解中的一者或两者以及{01-12}或{10-12}解中的一者或两者的{01-15}、{10-15}、{01-12}和{10-12}具有最高的 ODF 密度:-{01-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{01-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且12。<Φ2〈48°，优选 24° <Φ2〈36°，和 / 或-{10-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且72。<Φ2〈108。，优选 78° <Φ2〈102。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{01-15}或{10-15}解中的一者或两者以及{0001}解的{01-15}、{10-15}和{0001}具有最高的ODF密度:-{01-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{0001}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，0。≤ Φ〈15。，优选 O。≤ Φ〈10。，且0° ≤ Φ2 ≤ 120。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{01-15}或{10-15}解中的一者或两者以及{10-10}解的{01-15}、{10-15}和{10-10}具有最高的ODF密度:-{01-15}:0。≤ Cji1≤ 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{10-10}:0。≤ Φ!≤ 90。，75。<Φ〈90。，优选 80。<Φ〈90。，且15。<Φ2〈45°，优选 20° <Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{01-15}或{10-15}解中的一者或两者以及{11-20}或{-1-120}解中的一者或两者的{01-15}、{10-15}、{11-20}和{-1-120}具有最高的 ODF 密度:-{01-15}:0。≤ Cji1≤ 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{11-20}:0。≤ <^≤90。，75。〈Φ ≤ 90。，优选 80。〈Φ ≤ 90。，且45。<Φ2〈75°，优选 50° <Φ2〈70°，和 / 或-{-1-120}:0。≤ <^≤90。，75。〈Φ ≤ 90。，优选 80。〈Φ ≤ 90。，且105。<Φ2 ^ 120°，优选 110° <Φ2 ^ 120°。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{01-12}或{10-12}解中的一者或两者以及{0001}解的{01-12}、{10-12}和{0001}具有最高的ODF密度:-{01-12}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且12。<Φ2〈48°，优选 24° <Φ2〈36°，和 / 或-{10-12}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且72。<Φ2〈108。，优选 78° <Φ2〈102。，-以及-{0001}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，0。≤ Φ〈15。，优选 O。≤ Φ〈10。，且0° ≤ Φ2 ≤ 120。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{0001}解以及{11-20}或{-1-120}解中的一者或两者的{0001}、{11-20}和{-1-120}具有最高的ODF密度:
-{0001}:0。≤ Cji1 彡 90。，0。彡 Φ〈15。，优选 O。彡 Φ〈10。，且0° 彡 Φ2 彡 120。，-以及-{11-20}:0。彡 <^彡90。，75。〈Φ 彡 90。，优选 80。〈Φ 彡 90。，且45。<Φ2〈75°，优选 50° <Φ2〈70°，和 / 或-{-1-120}:0。彡 <^彡90。，75。〈Φ 彡 90。，优选 80。〈Φ 彡 90。，且105。<Φ2 ^ 120°，优选 110° <Φ2 ^ 120°。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{0001}解以及{10-10}解的{0001}和{10-10}具有最高的ODF密度:-{0001}:0。彡 Cji1 彡 90。，0。彡 Φ〈15。，优选 O。彡 Φ〈10。，且0° 彡 Φ2 彡 120。，-以及-{10-10}:0。彡 Φ!彡 90。，75。<Φ〈90。，优选 80。<Φ〈90。，且15。<Φ2〈45°，优选 20° <Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{01-12}或{10-12}解中的一者或两者以及{11-20}或{-1-120}解中的一者或两者的{01-12}、{10-12}、{11-20}和{-1-120}具有最高的 ODF 密度:-{01-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且12。<Φ2〈48°，优选 24° <Φ2〈36°，和 / 或-{10-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且72。<Φ2〈108。，优选 78° <Φ2〈102。，-以及-{11-20}:0。彡 <^彡90。，75。〈Φ 彡 90。，优选 80。〈Φ 彡 90。，且45。<Φ2〈75°，优选 50° <Φ2〈70°，和 / 或-{-1-120}:0。彡 <^彡90。，75。〈Φ 彡 90。，优选 80。〈Φ 彡 90。，且105。<Φ2 ^ 120°，优选 110° <Φ2 ^ 120°。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{01-12}或{10-12}解中的一者或两者以及{10-10}解的{01-12}、{10-12}和{10-10}具有最高的ODF密度:-{01-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且12。<Φ2〈48°，优选 24° <Φ2〈36°，和 / 或-{10-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且72。<Φ2〈108。，优选 78° <Φ2〈102。，-以及-{10-10}:0。彡 Cji1 彡 90。，75。<Φ〈90。，优选 80。<Φ〈90。，且15。<Φ2〈45°，优选 20° <Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{10-10}解以及{11-20}或{-1-120}解中的一者或两者的{10-10}、{11-20}和{-1-120}具有最高的ODF密度:
-{10-10}:0。≤ Cji1 彡 90。，75。<Φ〈90。，优选 80。<Φ〈90。，且15。<Φ2〈45°，优选 20° <Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。，-以及-{11-20}:0。彡 Φ!彡 90。，75。〈Φ 彡 90。，优选 80。〈Φ 彡 90。，且45。<Φ2〈75°，优选 50° <Φ2〈70°，和 / 或-{-1-120}:0。彡 <^彡90。，75。〈Φ 彡 90。，优选 80。〈Φ 彡 90。，且105。<Φ2 ^ 120°，优选 110° <Φ2 ^ 120°。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{10-15}或{01-15}解中的一者或两者以及{0001}解以及{10-10}解的{01-15}、{10-15}、{0001}和{10-10}具有最高的ODF密度:-{01-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{0001}:0。彡(^1 彡 90。，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ〈10。，且O。彡 Φ2 彡 120。；-以及-{10-10}:0。彡 Cji1 彡 90。,75。<Φ〈90。，优选 80。<Φ〈90。，且15。<Φ2〈45°，优选 20° <Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{01-12}或{10-12}解中的一者或两者以及{0001}解以及{10-10}解的{01-12}、{10-12}、{0001}和{10-10}具有最高的ODF密度:-{01-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且12。<Φ2〈48°，优选 24° <Φ2〈36°，和 / 或-{10-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且72。<Φ2〈108。，优选 78° <Φ2〈102。，-以及-{0001}:0。彡 Cji1 彡 90。，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ〈10。，且O。彡 Φ2 彡 120。，-以及-{10-10}:0。彡 Cji1 彡 90。，75。<Φ〈90。，优选 80。<Φ〈90。，且15。<Φ2〈45°，优选 20° <Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{10-15}或{01-15}解中的一者或两者以及{0001}解以及{11-20}或{-1-120}解中的一者或两者的{01-15}、{10-15}、{0001}、{11-20}和{-1-120}具有最高的 ODF 密度:-{01-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{0001}:0。彡 Cji1 彡 90。，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ〈10。，且O。≤ Φ2 彡 120。，-以及-{11-20}:0。彡 <^彡90。，75。〈Φ 彡 90。，优选 80。〈Φ 彡 90。，且45。<Φ2〈75°，优选 50° <Φ2〈70°，和 / 或-{-1-120}:0。彡 <^彡90。，75。〈Φ 彡 90。，优选 80。〈Φ 彡 90。，且105。<Φ2 ^ 120°，优选 110° <Φ2 ^ 120°。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{10-15}或{01-15}解中的一者或两者以及{01-12}或{10-12}解中的一者或两者以及{0001}解的{01-15}、{10-15}、{01-12}、{10-12}和{0001}具有最高的 ODF 密度:-{01-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{01-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且12。<Φ2〈48°，优选 24° <Φ2〈36°，和 / 或-{10-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且72。<Φ2〈108。，优选 78° <Φ2〈102。；-以及-{0001}:0。彡(^1 彡 90。，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ〈10。，且O。彡 Φ2 彡 120。。在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{10-15}或{01-15}解中的一者或两者以及{0001}解以及{01-12}或{10-12}解中的一者或两者的{01-15}、{10-15}、{10-10}、{01-12}和{10-12}具有最高的 ODF 密度:-{01-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。彡 Cji1 彡 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{10-10}:0。彡 Cji1 彡 90。，75。<Φ〈90。，优选 80。<Φ〈90。，且15。<Φ2〈45°，优选 20° <Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。；-以及-{01-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且12。<Φ2〈48°，优选 24° <Φ2〈36°，和 / 或-{10-12}:0。彡 Cji1 彡 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且72。<Φ2〈108。，优选 78° <Φ2〈102。。
在另一个优选实施方案中，所述织构分量对于满足具有如下欧拉角的{10-15}或{01-15}解中的一者或两者以及{10-10}解以及{01-12}或{10-12}解中的一者或两者以及{0001}解的{01-15}、{10-15}、{10-10}、{01-12}、{10-12}和{0001}具有最高的 ODF
密度:-{01-15}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且1° <Φ2〈59°，优选 10° <Φ2〈50°，和 / 或-{10-15}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，17。<Φ〈47。，优选 22。<Φ〈42。，且61。<Φ2<119°，优选 70° <Φ2<110°，-以及-{10-10}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，75。<Φ〈90。，优选 80。<Φ〈90。，且15。<Φ2〈45°，优选 20° <Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。，-以及-{01-12}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且12。<Φ2〈48°，优选 24° <Φ2〈36°，和 / 或-{10-12}:0。≤ Cji1 ≤ 90。，43。<Φ〈73。，优选 48。<Φ〈68。，且72。<Φ2〈108。，优选 78° <Φ2〈102。，-以及-{0001}:0。≤(^1 ≤ 90。，0。 ≤ Φ〈15。，优选 O。 ≤ Φ〈10。，且0° ≤ Φ2 ≤ 120。。根据现有技术，所述涂层可由内部的单个层和/或多个层和/或外部的单个层和/或多个层构成，以达到总厚度为0.5至40 μ m，优选0.5至30 μ m，最优选I至20 μ m，其中所述内部的单个层和/或多个层例如是单个层和/或多个层的TiN、TiC或Ti (C，O, N)或其它Al2O3多形体，优选Ti (C，O, N)，所述外部的单个层和/或多个层例如是单个层和/或多个层的TiN, TiC, Ti (C，O, N)或其它Al2O3多形体，优选TiN和/或Ti (C，O, N)。任选地，利用例如湿喷砂、刷涂操作等对所述涂层主体进行后处理，从而得到期望的表面品质。根据本发明，用于本发明多重织构化的C1-Al2O3层的沉积方法基于如本领域所已知的化学气相沉积，其条件为，在50至150毫巴的气压下，在混合的H2、C02、C0、H2S、HC1和AlCl3中，在950°C至1050°C的温度下。在沉积期间，以在间隔0.3彡(C02/C0) ( 6内且相差至少0.1的条件下选择的至少两种气体流量比之间向上和向下、连续或阶式的方式，周期性地或非周期性地地改变C02/C0的气体流量比。关于选择的气体流量比，起始点之间的时间为I至60分钟，优选2至30分钟。在本领域普通技术人员的操作范围内，可根据本说明书确定详细的工艺条件。本发明还涉及根据上文的切削工具刀片用于通过排屑进行机械加工的用途，其条件是，切削速度为75至600m/分钟、优选150至600m/分钟，取决于切削速度和刀片的几何形状，在统削的情况下每齿平均进给量为0.08至0.5mm,优选0.1至0.4_。实施例1首先用6 μ m厚的MTCVD Ti (C，N)层对组成为5.5重量％Co、8重量％立方碳化物且余量为WC的烧结碳化物刀片进行涂覆。在随后的工艺步骤中以及在相同的涂覆循环期间，在表I中给出的一般工艺条件和表2中给出的标记为A、B、C和D的特定工艺条件下，沉积5 μ m厚的多重织构化的a -Al2O3层。在工艺条件A、B、C和D之间周期性的且连续变化的条件下，并在由处理时间比tA:tB:tc:tD设置的时间步长下，沉积所述C1-Al2O3层，其中\(i=A、B、C、D)为两个连续工艺条件之间的时间。周期时间为tA+tB+tc+tD。表权利要求
1.用于通过排屑进行机械加工的切削工具刀片，其包含基于烧结碳化物、金属陶瓷、陶瓷或立方氮化硼的材料的硬质合金主体，在所述主体上通过CVD沉积硬且耐磨的涂层，所述涂层包含至少一个a -Al2O3层，其特征在于，所述层的厚度为0.5 μ m至30 μ m、优选.0.5 μ m 至 20 μ m,且 -具有>1的ODF织构系数，且 -在所述层内共存有至少两个2〈0DF密度〈100的主要织构分量。
2.根据权利要求1所述的切削工具刀片，其特征在于，KODF织构系数〈50。
3.根据权利要求1所述的切削工具刀片，其特征在于，KODF织构系数〈10。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，2〈0DF密度〈50。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，3〈0DF密度〈25。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层是纤维织构化的。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层具有平均柱宽度为0.1 μ m至5 μ m、优选0.Ιμπι至2.5μηι的柱状晶粒结构。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层的表面粗糖度 Ra〈l.0 μ m,优选 0.2 μ m 至 0.5 μ m。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° 彡(^1 彡 90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或 -0° ( (^<90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -0° ( (^<90°，43。<Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 12 ° <Φ2〈48。，优选24。<Φ2<36°，和 / 或 -0° ( (^<90°，43° <Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 72 ° <Φ2〈108°，优选78° <Φ2<102°。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° 彡(^1 彡 90°，17° <φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或 -0° ( (^<90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -O。彡(^1 彡 90°，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ<10°，且 O。彡 Φ2 彡 120。。
11.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° 彡(^1 彡 90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或-O。( (^<90°，17° <φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -0° ≤(^1 ≤90°，75° <Φ<90°，优选 80° <Φ〈90°，且 15 ° <Φ2〈45°，优选20。<Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。
12.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° ≤(^1 彡 90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或 -0° ( (^<90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -O。≤(^1 彡 90°，75。〈Φ 彡 90°，优选 80°〈Φ 彡 90°，且 45° <Φ2〈75°，优选50。<Φ2<70°，和 / 或 -O。彡 Cji1 彡 90°，75。〈Φ 彡 90°，优选 80°〈Φ 彡 90°，且 105。<Φ2 ^ 120° ,优选 110° <Φ2 ^ 120°。
13.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° ( (^<90°，43。<Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 12 ° <Φ2〈48。，优选24。<Φ2<36°，和 / 或 -0° ( (^<90°，43° <Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 72 ° <Φ2〈108°，优选78° <Φ2<102°， -以及 -O。彡(^1 彡 90°，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ<10°，且 O。彡 Φ2 彡 120。。
14.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -O。彡(^1 彡 90°，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ<10°，且 O。彡 Φ2 彡 120。， -以及 -O。彡(^1 彡 90°，75。〈Φ 彡 90°，优选 80°〈Φ 彡 90°，且 45° <Φ2〈75°，优选50。<Φ2<70°，和 / 或 -O。彡 Cji1 彡 90°，75。〈Φ 彡 90°，优选 80°〈Φ 彡 90°，且 105。<Φ2 ^ 120° ,优选 110° <Φ2 ^ 120°。
15.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -O。彡(^1 彡 90°，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ<10°，且 O。彡 Φ2 彡 120。， -以及 -0° 彡(^1 彡 90°，75° <Φ<90°，优选 80° <Φ〈90°，且 15 ° <Φ2〈45°，优选20。<Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。
16.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -O。( (^<90°，43。<φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 12 ° <Φ2〈48。，优选24。<Φ2<36°，和 / 或 -0° ( (^<90°，43° <Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 72 ° <Φ2〈108°，优选78° <Φ2<102°， -以及 -O。彡(^1 彡 90°，75。〈Φ 彡 90°，优选 80°〈Φ 彡 90°，且 45° <Φ2〈75°，优选50。<Φ2<70°，和 / 或 -O。彡 Cji1 彡 90°，75。〈Φ 彡 90°，优选 80°〈Φ 彡 90°，且 105。<Φ2 ^ 120° ,优选 110° <Φ2 ^ 120°。
17.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° ( (^<90°，43。<Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 12 ° <Φ2〈48。，优选24。<Φ2<36°，和 / 或 -0° ( (^<90°，43° <Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 72 ° <Φ2〈108°，优选78° <Φ2<102°， -以及 -0° 彡(^1 彡 90°，75° <Φ<90°，优选 80° <Φ〈90°，且 15 ° <Φ2〈45°，优选20。<Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。
18.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° 彡(^1 彡 90°，75° <Φ<90°，优选 80° <Φ〈90°，且 15 ° <Φ2〈45°，优选20。<Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。， -以及 -O。彡(^1 彡 90°，75。〈Φ 彡 90°，优选 80°〈Φ 彡 90°，且 45° <Φ2〈75°，优选50。<Φ2<70°，和 / 或 -O。彡 Cji1 彡 90°，75。〈Φ 彡 90°，优选 80°〈Φ 彡 90°，且 105。<Φ2 ^ 120° ,优选 110° <Φ2 ^ 120°。
19.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° 彡(^1 彡 90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或 -0° ( (^<90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -O。彡(^1 彡 90°，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ<10°，且 O。彡 Φ2 彡 120。， -以及 -0° 彡(^1 彡 90°，75° <Φ<90°，优选 80° <Φ〈90°，且 15 ° <Φ2〈45°，优选20。<Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。
20.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° ≤^<90°，43。<Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 12 ° <Φ2〈48。，优选24。<Φ2<36°，和 / 或 -0° ≤^<90°，43° <Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 72 ° <Φ2〈108°，优选78° <Φ2<102°， -以及 -O。≤≤^1 ≤ 90°，0。≤ Φ〈15。，优选 O。≤ Φ<10°，且 O。≤ Φ2 ≤ 120。； -以及 -0° ≤≤^1 ≤ 90°，75° <Φ<90°，优选 80° <Φ〈90°，且 15 ° <Φ2〈45°，优选20。<Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。
21.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° ≤≤^1 ≤ 90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或 -0° ≤^<90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -O。≤≤^1 ≤ 90°，0。≤ Φ〈15。，优选 O。≤ Φ<10°，且 O。≤ Φ2 ≤ 120。； -以及 -O。≤≤^1 ≤ 90°，75。〈Φ ≤ 90°，优选 80°〈Φ ≤ 90°，且 45° <Φ2〈75°，优选50。<Φ2<70°，和 / 或 -O。≤ Cji1 ≤ 90°，75。〈Φ ≤ 90°，优选 80°〈Φ ≤ 90°，且 105。<Φ2 ^ 120° ,优选 110° <Φ2 ^ 120°。
22.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° ≤≤^1 ≤ 90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或 -0° ≤^<90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -0° ≤^<90°，43。<Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 12 ° <Φ2〈48。，优选24。<Φ2<36°，和 / 或 -0° ≤^<90°，43° <Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 72 ° <Φ2〈108°，优选78° <Φ2<102° ； -以及 -O。≤≤^1 ≤ 90°，0。≤ Φ〈15。，优选 O。≤ Φ<10°，且 O。≤ Φ2 ≤ 120。。
23.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量:-O。≤(^1 彡 90°，17° <φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或 -0° ( (^<90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -0° 彡(^1 彡 90°，75° <Φ<90°，优选 80° <Φ〈90°，且 15 ° <Φ2〈45°，优选20。<Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。， -以及 -0° ( (^<90°，43。<Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 12 ° <Φ2〈48。，优选24。<Φ2<36°，和 / 或 -0° ( (^<90°，43° <Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 72 ° <Φ2〈108°，优选78° <Φ2<102°。
24.根据权利要求1至8中的任一项所述的切削工具刀片，其特征在于，所述层包含具有如下欧拉角的织构分量: -0° 彡(^1 彡 90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42。，且 1° <Φ2〈59°，优选10。<Φ2<50°，和 / 或 -0° ( (^<90°，17° <Φ〈47°，优选 22° <Φ〈42°，且 61 ° <Φ2〈119°，优选70。<Φ2<110°， -以及 -O。彡(^1 彡 90°，0。( Φ〈15。，优选 O。( Φ<10°，且 O。彡 Φ2 彡 120。， -以及 -0° ( (^<90°，43。<Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 12 ° <Φ2〈48。，优选24。<Φ2<36°，和 / 或 -0° ( (^<90°，43° <Φ<73°，优选 48° <Φ〈68°，且 72 ° <Φ2〈108°，优选78° <Φ2<102°， -以及 -0° 彡(^1 彡 90°，75° <Φ<90°，优选 80° <Φ〈90°，且 15 ° <Φ2〈45°，优选20。<Φ2〈40°，和 75° <Φ2〈105。，优选 80° <Φ2〈100。。
25.根据权利要求1所述的切削工具刀片，其特征在于，所述涂层由内部的单个层和/或多个层和/或外部的单个层和/或多个层构成，以达到总厚度为0.5至40 μ m，优选0.5至30 μ m，其中所述内部的单个层和/或多个层例如是单个层和/或多个层的TiN、TiC或Ti (C，O, N)或其它Al2O3多形体，优选Ti (C，O, N)，所述外部的单个层和/或多个层例如是单个层和/或多个层的TiN、TiC、Ti (C，O, N)或其它Al2O3多形体，优选TiN和/或Ti (C，O, N)。
26.一种制备切削工具刀片的方法，所述切削工具刀片包含基于烧结碳化物、金属陶瓷、陶瓷或立方氮化硼的材料的主体，其中在50至150毫巴的气压下，在混合的H2、C02、C0、H2S, HCl和AlCl3中，在950°C至1050°C的温度下，通过化学气相沉积在所述主体上沉积包含至少一个C1-Al2O3层的硬且耐磨的涂层，其特征在于，以在间隔0.3彡(C02/C0)彡6内且相差至少0.1的条件下选择的至少两种气体流量比之间向上和向下、连续或阶式的方式，周期性地改变C02/C0的气体流量比，关于选择的气体流量比，起始点之间的时间为I至60分钟，优选2至30分钟。
27.根据权利要求1至24所述的切削工具刀片用于通过排屑进行机械加工的用途，其条件是，切削速度为75至600m/分钟、优选150至600m/分钟，取决于切削速度和刀片的几何形状，在纟先削的情 况下，每齿平均进给量为0.08至0.8mm,优选0.1至0.6mm。
全文摘要
本发明涉及用于通过排屑进行机械加工的切削工具刀片，其包含基于烧结碳化物、金属陶瓷、陶瓷或立方氮化硼的材料的硬质合金主体，在所述主体上通过CVD沉积硬且耐磨的涂层。所述涂层包含至少一个厚度为0.5μm至30μm的多重织构化的α-Al2O3层，其特征在于，所述层的ODF织构系数>1，且在所述层内共存至少两个2<ODF密度<100的主要织构分量。本发明还涉及所述切削工具刀片的制备方法和用途。
文档编号B23B27/14GK103201062SQ201180052848
公开日2013年7月10日 申请日期2011年10月26日 优先权日2010年10月29日
发明者马茨·约翰松, 汤米·拉尔森, 奥斯卡·阿尔姆, 乔恩·安德森 申请人:山高刀具公司