具有cvd涂层的工具的制作方法_2

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不再保证工具的均匀涂覆。
[0033] 在本发明的另一个优选实施方式中,所述前体气体混合物(VG1、VG2)的体积气体 流量(#)的比「'(VG1) / ('(VG2)小于1. 25,优选小于1. 15。
[0034] 如果所述前体气体混合物(VG1、VG2)的体积气体流量(P)的比太高,则通常获得 除了根据本发明的{111}择优取向之外的择优取向。
[0035] 在本发明的另一个优选实施方式中,对前体气体混合物(VG1)中的TiCl4的浓度 和前体气体混合物(VG2)中的N供体的浓度进行设置使得在步骤c)中引入反应器中的体 积气体流量PCVG2)中的Ti对N的摩尔比彡0. 25。
[0036] 令人惊讶地发现,在Ti对N的较高摩尔比下,引入反应器中的体积气体流量 f(VGl)和f(VG2)含有高富Ti层,特别是当使用氨气(NH3)作为N供体时如此。据认为, 在体积气体流量中的Ti对N的比过高的情况下,由于11(:14与N供体之间的络合而抑制了 八1(:13的反应。
[0037] 在本发明的另一个优选实施方式中,第二前体气体混合物(VG2)含有< 1.0体 积%、优选< 0. 6体积%的N供体。
[0038] 如果在第二前体气体混合物(VG2)中任选地与C供体混合的N供体的浓度过高, 则不能实现所需组成和结晶择优取向。
[0039] 在本发明的另一个优选实施方式中,在使得如下的条件下利用颗粒喷砂剂、 优选刚玉对磨损防护涂层进行喷砂处理:喷砂处理后的ThxAlxCyNjl具有在+300MPa 至-5000MPa范围内、优选在-IMPa至-3500MPa范围内的残余应力。
[0040] 如果Th的残余抗压强度太高,则可能涉及工具边缘处涂层的剥落。
[0041] 如果相反地在ThxAlxCyNjl中存在残余拉伸应力,则不能实现工具对交替热机械 负荷或关于梳状裂纹形成的最佳抗性。
[0042] 干式或湿式喷砂处理可以有利地用于在ThxAlxCyNjl中产生优选的残余应力。理 想地在1巴至10巴的喷砂剂压力下进行喷砂处理。
[0043] 根据本发明引入残余应力所需的喷砂处理持续时间和所需的喷砂压力是本领域 普通技术人员可以通过简单实验在本文中限定的范围内确定的参数。宽扫规范(broad sweepingspecification)在此是不可能的,因为发生的残余应力不仅取决于喷砂处理的 持续时间和喷砂压力,而且取决于总涂层的结构和厚度。然而,在这方面将注意到,与喷砂 持续时间相比,喷砂压力对于涂层和基底主体中的残余应力变化具有显著更大的影响。合 适的喷砂处理持续时间通常在10秒至600秒的范围内。
[0044] 喷砂角度,也就是说处理射流与工具表面之间的角度,对于残余应力的引入也具 有很大影响。利用90°的喷砂射流角度,发生残余压缩应力的最大引入。较低的喷砂射流 角度,也就是说在倾斜角度下施加喷砂剂的射流导致更严重的表面磨损和残余压缩应力的 较低引入。
[0045] 本发明还包含一种工具,其具有硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、钢或高速钢的基体和 在CVD工艺中施加至基体上的单层或多层磨损防护涂层,其中所述磨损防护涂层具有至少 一个ThxAlxCyNjl,其化学计量系数为 0. 70$x〈l、0<y〈0. 25 和 0. 75 <z〈l. 15,其特征 在于
[0046] 所述Th xAlxCyNjl的厚度为1 μπι至25 μπι且具有结晶择优取向,所述结晶择优 取向是由结晶{111}平面和{200}平面的X射线衍射峰的强度比来表征的,其中1{111}/ I{200}>l+h(In h)2,其中h是TilxAlxCyNjl的以μπι计的厚度。
[0047] 在本发明的一个优选实施方式中,ThxAlxCyNjl的{111}平面的X射线衍射峰的 半高全宽(FWHM)〈1%,优选地〈0. 6%,特别优选地〈0.45 %。
[0048] 所述ThxAlxCyNjl的{111}平面的X射线衍射峰的过高的半高全宽表明面心立方 (fee)相的较小晶粒尺寸或甚至表明无定形相的比例。这在以前的测试中在耐磨性方面证 实是不利的。
[0049] 在本发明的另一个优选实施方式中,ThxAlxCyNjl具有至少90体积%的具有面 心立方(fee)晶格的TilxAlxCyNjg,优选至少95体积%的具有面心立方(fee)晶格的ThxAlxCyN#,特别优选至少98体积%的具有面心立方(fee)晶格的TiixAlxCyN z相。
[0050] 如果具有面心立方(fee)晶格的ThxAlxCyN z相的比例太低,则观察到较低水平的 耐磨性。
[0051] 在本发明的另一个优选实施方式中,TilxAlxCyNjl的化学计量系数为 0· 70 彡x〈l、y= 0 和 0· 95 彡ζ〈1· 15。
[0052] 在本发明的另一个优选实施方式中,ThxAlxCyNjl的厚度在3μm至20μm的范围 内、优选在4至15μm的范围内。
[0053] 如果ThxAlxCyN z层的厚度太小,则所述工具的耐磨性不足。
[0054] 如果相反地,ThxAlxCyNjl的厚度太高,则在涂覆操作后可能由于热残余应力而 发生层的剥落。
[0055] 在本发明的另一个优选实施方式中,ThxAlxCyNjl的结晶{111}平面和{200}平 面的X射线衍射峰的强度比>l+(h+3)X(Inh)2。
[0056] 在本发明的另一个优选实施方式中,TilxAlxCyNjl的维氏硬度(HV)>2300HV,优选 >2750HV,特别优选 >3000HV。
[0057] 在本发明的另一个优选实施方式中,在基体与Th>1)!(^队层之间布置有至少一个 另外的硬质合金层,其选自TiN层、通过高温CVD(CVD)或中温CVD(MT-CVD)沉积的TiCN层、 A1203层及其组合。特别优选的是在相同的温度范围内,例如通过中温CVD(MT-CVD)施加另 外的层作为Th以避免不经济的冷却时间。
[0058] 在本发明的另一个优选实施方式中,在RxAlxCyNjl上布置有至少一个另外的 硬质合金层,优选改性γ-Α1203、κ-A1203或a-A1 203的至少一个A1 203层,其中通过高温 CVD(CVD)或中温CVD(MT-CVD)沉积所述Α1203层。出于上文指出的原因,特别优选在相 同温度范围内,也就是说通过中温CVD(MT-CVD)施加氧化铝层作为ThxAlxCyNjl以避免 ThxAlxCyNjl可能的相转化。对于本领域普通技术人员,在600°C至850°C的范围内制造 γ-Α1203、κ-Α1203或α-Α12〇3层的方法例如从EP1 122 334 和EP1 464 727 中已知。
[0059] 在另一个优选的实施方式中,feeThxAlxCyNjl的{111}平面的结晶择优取向如 此明显以使得通过放射照相方式或通过EBSD测量的feeTilxAlxCyNjl的{111}强度的绝 对最大值在从样品表面的法线方向开始α= ±10°的角度范围内,优选在α= ±5°内, 特别优选在α= 土Γ内。在这方面关键的是将在方位角β(围绕样品表面法线的旋转角 度)上的强度积分后通过feeTilxAlxCyNj^ {111}极图的截面。
【附图说明】
[0060] 图1示出在车削试验后具有根据现有技术的涂层9号的可转位切削刀头的切削 刃,
[0061] 图2示出在车削试验后具有根据现有技术的涂层8号的可转位切削刀头的切削 刃,
[0062] 图3示出在车削试验后具有根据本发明的ThxAlxCyN z涂层1号的可转位切削刀头 的切削刃,
[0063] 图4示出涂层4号(本发明)的X射线衍射图,
[0064] 图5示出涂层8号(现有技术)的X射线衍射图,
[0065] 图6示出涂层1号(本发明)的法线方向的反极图,
[0066] 图7示出在涂层1号(本发明)的β上积分后通过X射线衍射图的极图的截面, 和
[0067] 图8示出在涂层2号(本发明)的β上积分后通过X射线衍射图的极图的截面。
【具体实施方式】
[0068] 实施例
[0069] 涂覆硬质合金可转位切削刀头的制i告
[0070] 在这些实施例中,所用的基底主体是几何结构为CNMA120412的硬质合金可转 位切削刀头,其组成为86. 5重量%的WC、5. 5重量%的Co、2重量%的TiC、6重量%的 (NbC+TaC)且具有不含混合硬质合金的刃区。
[0071] 为了涂覆硬质合金可转位切削刀头,使用反应器高度为1250mm并且反应器直径 为325mm的BernexBPX325S型CVD涂覆设备。气流相对于所述反应器的纵轴为径向。
[0072] 为了粘结根据本发明的Th xAlxCyNjl和比较层,在表1中所列的沉积条件下,通 过CVD首先将厚度为约0. 3 μ m的TiN层或TiCN层直接施加至硬质合金基底。
[0073] 表1:粘结层制诰中的反应条件
[0074]
[0075] 为了制造根据本发明的ThxAlxCyNjl,将具有起始化合物TiCl4和A1C13的第一 前体气体混合物(VG1)和具有起始化合物册13作为反应性氮化合物的第二前体气体混合物 (VG2)彼此独立地引入反应器中以使得两种气流仅在
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