专利名称：切削工具的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及切削工具，并且更具体地，涉及具有在切削工具的表面上形成的多层涂层的切削工具。
背景技术：
各种类型的涂层常规地用于改进切削性能和延长切削工具的寿命。为了改进涂层的性能，使用以多个层堆叠的多层涂层，其中每层的厚度为几纳米。在这样的多层涂层中，相邻层的组成不同地设置，由此导致在相邻层之间不同的晶格参数和相互作用。因此，多层涂层的硬度和耐磨性得到改进。然而，当具有仅几纳米厚度的多个层堆叠时，由于来自堆叠结构的累积的扭应力引起抗冲击性降低，存在因此提高脆性断裂的发生的问题。在另一个现有技术的技术中，通过向其中沉积多层、各多层的厚度为几纳米的结构内，采用夹层的厚层(其厚度为几百纳米至几微米)，来增强多层涂层的韧性和抗冲击 性。厚层降低由沉积的层(其中各层具有几纳米厚度)引起的高扭应力，以改进多层涂层的韧性和抗冲击性。然而，为了实现上述效果，夹层的层必须厚，其因此降低由具有几纳米厚度的层之间的相互作用所预期的硬度增强效果。这引起多层涂层的硬度和耐磨性劣化的问题。因此，常规的多层涂层仅能改进机械性质中的一种，即，硬度或韧性。因此，具有现有技术的多层涂层的切削工具仅局限于实现一个目的，即，高耐磨性或高抗冲击性。此外，由于与另一种性质相比，机械性质中的一种(即，耐磨性或抗冲击性)相对较差，现有技术的多层涂层在延长切削工具的寿命方面存在局限。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是增强切削工具的技术性质——耐磨性和抗冲击性两者，由此使得切削工具能够用于需要高耐磨性或高抗冲击性中任一种的广泛的过程。本发明的另一个目的是提供具有多层涂层的切削工具，其显著提高切削工具的寿命，即使提高切削速度也如此。解决问题的方案
为了实现上述目的，本发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层涂层。多层涂层包含A-层、B-层和C-层。这些层从基底材料朝向所述多层涂层的外表面以A-层、C-层和B-层的顺序重复沉积。A-层由ai层和a2层组成，这些ai层包含Ti4fr49Al5r54N 并且厚度为 4nnT30nm,而这些 a2 层包含 Tisr38Al62^66N 并且厚度为 2nnT25nm。B1层和a2层非周期性地沉积。ai层和a2层的沉积的层的总数为每IOOnm SlO15A-层的一个单兀层包括由％层和a2层组成的 几积的层，并且厚度为0. 5 2. 0 u rrio B-层包含Ti34~38Al62~66N，并且由B-层组成的个单兀层的厚度为0. I U m 0. 5 u rrio C-层包含Ti46~49Al51~54N并且厚度为55 95nm。
在本发明的多层涂层中B-层与A-层的总厚度比率(总B-层厚度/总A-层厚度)小于0. 3。此外，在A-层中层与a2层的总厚度比率(总层厚度/总a2层厚度)为
I.I 2. I。在本发明的多层涂层中A-层具有调节至27 32 GPa的硬度。此外，B-层具有调节至22 24 GPa的硬度，并且C-层具有调节至26 30 GPa的硬度。本发明的有益效果
根据本发明，由于通过多层涂层改进切削工具的机械性质一耐磨性和抗冲击性两者，切削工具可广泛用于需要高耐磨性或高抗冲击性中任一种的过程。另外，由于改进耐磨性和抗冲击性两者，在切削工作期间切削刀刃高度稳定。因此，切削工具的寿命可显著增 强，即使提高切削速度也如此。附图简述
图I为包含本发明的多层涂层的切削工具的示意图。图2为溅射装置的一个实施方案的略图，其用于形成具有本发明的多层涂层的切削工具。图3为其中当A-层由各种组成在基底材料I (Micro WC - 9^11重量％ Co)上形成时，比较切削工具寿命的图。图4为其中当A-层由各种组成在基底材料2 (General WC - l(Tl3重量％ Co -r2重量％较少金属碳化物)上形成时，比较切削工具寿命的图。图5(a)为显示非周期性沉积的B1层和a2层的厚度的图。图5(b)为其中层和a2层非周期性沉积的A-层的一部分的显微照片。图6 (a)为显示几乎周期性沉积的B1层和a2层的厚度的图。图6 (b)为其中层和a2层几乎周期性沉积的A-层的一部分的显微照片。图7 (a)显示测量非周期性沉积的层和a2层和几乎周期性沉积的层和a2层的韧性的方法。图7 (b)为其中在非周期性沉积的层和a2层和几乎周期性沉积的层和a2层之间比较韧性的图。图8(a)为其中B-层与A-层的总厚度比率(总B-层厚度/总A-层厚度)为I的多层涂层的示意图。图8(b)为其中B-层与A-层的总厚度比率(总B-层厚度/总A-层厚度)为0. 2的多层涂层的示意图。图9为其中当B-层与A-层的总厚度比率(总B-层厚度/总A-层厚度)为I和
0.2时，比较耐磨性和抗冲击性的图。
图10(a)为在切削测试后切削刀刃的照片，其中SCM4工件由包含具有C-层的多层涂层的切削工具切削。图10(b)为在切削测试后切削刀刃的照片，其中SCM4工件由包含没有C-层的多层涂层的切削工具切削。图11 (a)为在切削测试后切削刀刃的照片，其中SUS304工件由包含具有C-层的多层涂层的切削工具切削。
图11 (b)为在切削测试后切削刀刃的照片，其中SUS304工件由包含没有C-层的多层涂层的切削工具切削。图12(a)为显示在使用SUS304工件的切削过程中比较切削工具的寿命的图，其中在对比实施例与具有基底材料(Micro WC — 5. 5飞.5重量％ Co)的实验实施例之间进行比较，实验实施例中在本发明的多层涂层中B-层包含Ti46~49Al51~54N，并且C-层包含TiM~%Ale2~eeN，而对比头施例中的多层涂层仅包含A-层，而没有B-层和C-层。图12(b)为显示在使用Inconel718工件的切削过程 中比较切削工具的寿命的图，其中在对比实施例与具有基底材料(Micro WC — 5. 5飞.5重量％ Co)的实验实施例之间进行比较，其中在本发明的多层涂层中B-层包含Ti46~49Al51~54N，并且C-层包含TiM~%Ale2~eeN，而对比头施例中的多层涂层仅包含A-层，而没有B-层和C-层。发明实施方案
将参考附图来说明本发明的详细实施方案。图I为包含本发明的一个实施方案的多层涂层的切削工具的示意图。本发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层涂层。基底材料可由材料例如碳化钨制成。在基底材料的表面上形成的多层涂层包含A-层、B-层和C-层。这些层从基底材料朝向多层涂层的外表面以A-层、C-层和B-层的顺序重复沉积。A-层包含层和a2层，二者均具有可显著增强多层涂层的硬度的组成，并且形成沉积的结构以改进多层涂层的韧性。此外，本发明的多层涂层的韧性可通过具有预定厚度的B-层增强。B-层减轻由A-层中的层和a2层的沉积而产生的扭应力。此外，本发明的多层涂层结构化，使得具有预定的组成和预定的厚度的C-层首先在A-层上沉积，其中B-层随后在C-层的顶部沉积。通过这样做，可均匀形成B-层，并且B-层的韧性增强效果可最大化。如此，通过非周期性沉积B1层和&2层，本发明的多层涂层的韧性可增强。通过C-层使B-层的韧性增强效果最大化。因此，足够的韧性所需的B-层可薄薄地形成。由于B-层变薄，A-层的厚度比率提高，这提高整个多层涂层的硬度。并且，与当形成薄的B-层时整个多层涂层的韧性会降低的预期相反，当B-层与A-层的总厚度比率(总B-层厚度/总A-层厚度)控制在小于0.3时，多层涂层的韧性增强。下文中，将详细说明本发明的多层涂层的各层的功能和性质。A-层通过交替沉积B1层和a2层形成，其中B1层和a2层具有彼此不同的组成。B1层包含Ti46~49Al51~54N，而a2层包含Ti34~38Al62~66N。如此，由层之间的相互作用引起的硬度增强效果最大化。这导致显著增强多层涂层的耐磨性，以及显著改进切削工具的寿命。如下所述，关于层和a2层的组成，本发明的发明人进行若干切削性能测试。[实验I]
在该实验中，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 _广2重量％较少金属碳化物)的表面上形成涂层。通过两种类型的电弧靶在这两种基底材料的表面上形成涂层，如图2所示。五种不同类型的涂层随后在每种基底材料上沉积。在每个实验实施例中，具有如下表I所示组成的靶用作Q-位置靶和R-位置靶。在实验实施例广4中，通过在Q-位置和R-位置排列具有不同组成的靶，形成多层涂层。此外，在实验实施例5中，通过在Q-位置和R-位置排列具有Ti5tlAl5tl组成的相同类型的靶，形成单层涂层。
[表 I]
权利要求
1.一种切削工具，其包含基底材料和在所述基底材料的表面上形成的多层涂层，所述多层涂层包含从基底材料朝向所述多层涂层的外表面以A-层、C-层和B-层的顺序重复沉积的A-层、C-层和B-层；A-层的厚度为0. 5 2. 0 u m并且包含S1层和a2层，ax层的厚度为4nm 30nm并且包含Ti46~49Al51~54N， 而a2层的厚度为2nnT25nm并且包含Ti34~38Al62~66N,其中每IOOnm非周期性沉积8 20层的所述层和a2层；B-层的厚度为 0. I u nTO. 5 u m 并且包含 T i34~38Al62~66N ； C-层的厚度为55 95nm并且包含Ti46~49Al51~54N ； 其中，在多层涂层中B-层与A-层的总厚度比率(总B-层厚度/总A-层厚度)小于0.3。
2.一种切削工具，其包含基底材料和在所述基底材料的表面上形成的多层涂层，所述多层涂层包含从基底材料朝向所述多层涂层的外表面以A-层、C-层和B-层的顺序重复沉积的A-层、C-层和B-层；A-层的厚度为0. 5 2. 0 u m并且包含S1层和a2层，a1层的厚度为4nm 30nm并且包含^146~49-^151~54^ 而a2层的厚度为2nnT25nm并且包含Ti34~38Al62~66N,其中每IOOnm非周期性沉积8 20层的所述层和a2层； B-层的厚度为0. I u m 0. 5 u m并且包含Ti46^49Al5r54N ； C-层的厚度为55 95nm并且包含T i34~38Al62~66N ； 其中，在多层涂层中B-层与A-层的总厚度比率(总B-层厚度/总A-层厚度)小于0.3。
3.权利要求I或2的切削工具，其中在A-层中ai层相比a2层的总厚度(总层厚度/总％层厚度)为I. r2. I。
4.权利要求I或2的切削工具，其中所述A-层具有调节至27 32GPa的硬度，其中所述B-层具有调节至22 24 GPa的硬度，并且其中所述C-层具有调节至26 30 GPa的硬度。
全文摘要
本发明的切削工具包括基底材料和在其上形成的多层涂层。所述多层涂层包含从基底材料朝向所述多层涂层的外表面以A-层、C-层和B-层的顺序重复沉积的A-层、B-层和C-层。A-层由a1层和a2层组成，其中每100nm非周期性沉积8～20层的所述a1层和a2层。A-层、B-层和C-层的各单元层的厚度分别为0.5～2.0μm、0.1μm～0.5μm和55～95nm。
文档编号B23B27/14GK102741447SQ201080063356
公开日2012年10月17日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年2月11日
发明者尹喆远, 尹茂荣, 郑镛铉 申请人:特固克有限会社