具有cvd涂层的工具的制作方法_3

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通入反应区中后发生混合。
[0076] 对所述前体气体混合物(VG1)和(VG2)的体积气体流量进行设置以使得在根据 本发明的涂层的制造中,体积气体流量的比「(VGl)/【\VG2;>小于1.5。根据本发明的 ThxAlxCyNj^层和比较涂层的制造中的参数在表3中再现。
[0077] 比较涂层的制i告
[0078] 作为根据现有技术的另外比较例的硬质合金可转位切削刀头涂覆有:
[0079]a)顺序为TiN/MT-Ti(C,N) /TiN的12μm厚层系统(涂层9号),和
[0080] b)顺序为TiN/MT-Ti(C,N)的5μm厚层系统(涂层10号)。出于所述目的使用 根据下文表2的沉积条件:
[0081] 表2 :涂层9号和10号(比较)制诰中的反应条件
[0082]
[0083] 使用以下方法来研究所述涂层的组成、织构、残余应力和硬度。
[0084] 可使用X射线衍射(XRD)以及电子衍射特别是EBSD两种方法来确定结晶择优取 向。为了可靠地确定择优取向,在单独表面{hkl}反射处的衍射测量是不合适的,但必须确 定取向密度函数(0DF)。其呈反极图形式的示图显示了可能存在的任何纤维织构的位置和 锐度。取向密度函数必须由统计上足够数目的单独取向测量构建(在EBSD的情况下)或由 在不同反射{hkl}处最小数目的极图的测量来计算(利用XRD)。在这方面参见:LSpiess 等,ModerneRiintgenbeugung,第 2 版,Vieweg&Teubner,2009〇
[0085] 在根据本发明的ThxAlxCyN z层的情况下,使用极图集的XRD测量和0DF计算来验 证涉及纤维结构,其中纤维轴精确地在〈111 >方向上或在从〈111 >角偏离〈10°的结晶方向 上。来自Θ-2Θ测量的{111}和{200}反射的强度比可用于定量所述织构。可以从{111} 反射的反极图或射线照相测量的极图来确定纤维轴的位置。
[0086] X射线衍射术
[0087]在GE Sensing&Inspection Technologies PTS3003型衍射仪上使用CuK α福射 来实施X射线衍射测量。对于Θ-2 Θ残余应力和极图测量,使用平行光束光学系统,其在 主要侧包含多毛细装置和2_针孔作为准直器。在次要侧,使用具有0.4°发散和镍Ke过 滤器的平行板准直器。
[0088] 基于Θ-2 Θ测量来测定峰强度和半高全宽。在扣除背景后,将假Voigt函数与 测量数据拟合,其中通过Κα/Κα^重匹配来实现Κα2扣除。表4中所列的关于强度和 半高全宽的值涉及以这种方式拟合的Kai干涉。根据Vegard定律,分别采取来自FOF-卡 (PDF-cards) 38-1420和46-1200的TiN和A1N的晶格常数来计算晶格常数。
[0089] 冈分而心立方(fccUi^ALXy^与六方A1N
[0090]根据各自的化学组成,六方A1N的{101}和{202}干涉与立方XThxAlxCyN』9 {111}和{222}反射可以在更大或更小的程度上相互叠置。仅立方TilxAlxCyNj^ {200}平 面的干涉不被另外的干涉例如布置在其上或其下的基底主体或层叠置,并具有随机取向的 最高强度。
[0091] 为判断测量体积中的六方A1N的体积比例并且为避免关于立方ThxAlxCyNj9 {111}和{200}强度的误解,在两个不同倾斜角Φ(Φ= 0°和Φ= 54. 74° )下进行测 量(Θ-2Θ扫描)。因为{111}和{200}的平面法线之间的角度为约54.74°,所以在强 {111}纤维织构的情况下在倾斜角Φ= 54. 74°下存在{200}反射的强度最大值,而{111} 反射的强度趋向于零。相反地在倾斜角Φ= 54.74°下,在强{200}纤维织构的情况下存 在{111}反射的强的强度最大值,而{200}反射的强度趋向于零。
[0092] 对于根据所述实施例制造的织构层,以这种方式可以检查在2Θ~38.Γ下的 测量强度是否主要与面心立方ThxAlxCyNz相相关或者所述层中是否含有更大比例的六方 AIN。X射线衍射测量以及EBSD测量两者一致地显示在根据本发明的层中仅有小比例的六 方A1N相。
[0093] 极图
[0094] 在测量点的环形布置下在0° <α〈75° (增量5° )和0° <β〈360° (增量5° ) 的角范围上在2Θ=38.0°下实现{111}反射的极图。所有测量的和反向计算的极图的强 度分布大致旋转对称,也就是说所研究的层展现纤维织构。为了检查择优取向,除{111}极 图外,在{200}和{220}反射下测量极图。利用来自LaboSoft,Poland的软件LaboTex3. 0 计算取向密度分布函数(0DF),并且将择优取向表示为反极图。利用根据本发明的层,强度 最大值在〈111>方向上或者从〈111>角偏离〈10°。
[0095] 残余应力分析
[0096] 对于根据sin2Φ方法的残余应力分析,使用面心立方ThxAlxCyN z层的{222}干涉 并且在-60°至60°的25Φ角(增量5° )下进行测量。在背景扣除、洛伦兹极化校正和 Κα2扣除(Rachinger分离)后,通过轮廓函数与测量数据的适配来测定干涉的线位置。所 用的弹性常数是l/2s2= 1. 93TPa4卩s-0· 18TPa^使用弹性常数l/2s2= 1. 66TPa1 和81=-0. 27TPa1基于{201}干涉以相同方式测定硬质合金基底的WC相中的残余应力。
[0097] 残余应力通常以兆帕(MPa)为单位说明,在这方面通过正号(+)标识残余拉伸应 力并用负号(_)标识残余压缩应力。
[0098]EDX测量(能量分散件X射线光谱法)
[0099] 在来自CarlZeiss的扫描电子显微镜Supra40VP上利用来自Oxford Instruments,UK的INCAx-act型EDX光谱仪以15kV加速电压进行EDX测量。
[0100] 微硬度测宙
[0101] 根据DINENISO14577-1和-4利用来自德国辛德尔芬根市赫尔穆特?菲舍尔有 限公司(HelmutFischerGmbH,Sindelfingen,Germany)的FischerscopeH100 型万能硬 度测试仪在涂覆体的抛光截面上实现微硬度的测量。
[0102] 喷砂处理
[0103] 对在实施例中涂覆的硬质合金可转位切削刀头在CVD涂覆操作后进行压缩空气 干式射流喷砂处理。在喷砂处理之前和之后测量TilxAlxCyNjl中和基底(WC)中的残余应 力。将所用的射流喷砂参数和所测量的残余应力值阐述于表5中。
[0104]
[0105]
[0106]
[0107] 切削试验-车削
[0108] 将几何结构为CNMA120412的硬质合金可转位切削刀头用表3中列出的CVD涂层 1和8号涂覆以及用上述涂层9号(TiN/MT-ThxAlxCyNjl(C,N)/TiN)涂覆,所述切削刀头 的组成为86.5重量%的贶、5. 5重量%的(:〇、2重量%的11(:、6重量%的(NbC+TaC)且具 有不含混合硬质合金的刃区。所有工具的总层厚度为约12μπι。在以下切削条件下,利用切 削刀片进行纵向车削机械加工操作:
[0109] 工件材料: 灰铸铁GG25
[0110] 冷却液: 乳液
[0111] 进料: f= 0. 32mm
[0112] 切削深度: ap= 2. 5mm
[0113] 切削速度: = 200m/分钟。
[0114] 图1至图3示出在t= 9分钟的咬合时间后可转位切削刀头的所用切削刃。根据 现有技术的两种可转位切削刀头(图1 :涂层9 ;图2 :涂层8)展现层沿着切削刃的大面积 剥落。在具有根据本发明的xAlxCyNjl(图3:涂层1)的可转位切削刀头中,几乎没有 观察到任何剥落。
[0115] 切削试验-铣削⑴
[0116] 将几何结构为SEHW1204AFN的硬质合金可转位切削刀头用表3中阐述的CVD涂层 4和8号涂覆,所述切削刀头的组成为90. 47重量%的WC、8重量%的Co和1. 53重量%的 TaC/NbC。所有工具中的总层厚度为约11μπι。在以下切削条件下利用切削刀片进行铣削操 作:
[0117] 工件材料: 球墨铸铁GGG70 (强度680MPa)
[0118] 同向,干式机械加工
[0119] 齿进给量:fz= 0· 2mm
[0120] 切削深度: ap= 3mm
[0121] 切削速度: vc=185m/分钟
[0122] 装置角: κ=45。
[0123] 侧吃刀量: ae= 98mm
[0124] 凸出: ue= 5mm〇
[0125] 然后在3200m铣削行程后在主要切削刃处测定最大磨损标记宽度vB,最大:
[0126]
[0127] 切削试验:-铣削⑵
[0128] 将几何结构为SEHW1204AFN的硬质合金可转位切削刀头用表3中列出的CVD涂层 5号涂覆以及用上述涂层10号(TiN/MT-Ti(C,N))涂覆,所述切削刀头的组成为90. 47重 量%的WC、8重量%的Co和1. 53重量%的Ta
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