CVD涂覆的多晶c-BN切削刀具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及CVD涂覆的多晶c-BN切削刀具。在此提供了CVD涂覆的切削刀具。在某些实施例中，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。
【专利说明】CVD涂覆的多晶c-BN切削刀具
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有通过化学气相沉积(CVD)施加的涂层的切削刀具，并且具体地涉及CVD涂覆的多晶立方氮化硼(PcBN)切削刀具。
【背景技术】
[0002]切削刀具已在有涂层和无涂层两种情况下用于对金属和合金进行机加工。为了提高切削刀具的耐磨损性和寿命，已经将一个或多个耐火材料层施加到切削刀具表面上。例如，已经通过CVD将TiC、TiCN, TiOCN, TiN和Al2O3施加到烧结碳化物基底上。
[0003]此外，考虑到cBN的闻硬度和热稳定性(闻达约980 C )，基于多晶立方氣化砸(PcBN)基底的切削刀具在金属加工行业中继续获得重视。类似于烧结碳化物，基于PcBN基底的切削刀具还可以从用于不同切削应用的耐火涂层的施加中获益，这些切削应用包括对表面硬化钢和完全硬化钢、超耐热合金以及铸铁进行机加工。然而，尽管总体上对于抑制磨损和延长PcBN工具 寿命是有效的，但是耐火涂层在涉及具有差的可机械加工性的材料(诸如未时效铸铁)的应用中已经很艰难。
【发明内容】
[0004]在一个方面，描述了 PcBN切削刀具，这些切削刀具具有粘附到其上的涂层，在某些实施例中这些涂层展示出希望的耐磨损性以及增加的切削寿命。例如，在某些实施例中，在此说明的涂覆的PcBN切削刀具在使用具有差的可机械加工性的材料(诸如未时效铸铁)的应用中超过先前的切削刀具展示出提高的寿命。
[0005]在某些实施例中，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度(Ra)。在某些实施例中，该基底包括大于85重量百分比的PcBN。此外，在一个工件接触区域中该涂层表面粗糙度(Ra)可以是小于250nm或者小于200nm。
[0006]在另一个方面，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括直接沉积在该PcBN基底上的一个第一Al2O3层和沉积在该涂层的一个层上的一个第二 Al2O3层，该涂层的这个层包括选自铝和周期表第IVB族、第VB族、以及第VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素和选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族、以及第VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度(Ra)。
[0007]在另一个方面，在此描述了制造涂覆的切削刀具的方法。在某些实施例中，一种制造涂覆的切削刀具的方法包括:提供一个PcBN基底并且在该基底上通过化学气相沉积来沉积一个含一个或多个Al2O3层的涂层。在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中将所沉积的涂层抛光到小于600nm的表面粗糙度(Ra)。在某些实施例中，在一个工件接触区域中，将所沉积的涂层抛光到小于250nm或小于200nm的表面粗糙度(Ra)。另外，在某些实施例中，对所沉积的涂层进行抛光并未改变或者实质上改变该涂层的应力状况。此外，该基底可以包括大于85重量百分比的PcBN。
[0008]在另外一个方面,在此描述了对未时效铸铁工件进行机加工的方法。一种对未时效铸铁工件进行机加工的方法包括:提供一个涂覆的切削刀具，该切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到其上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该抛光的涂层在用于接触该工件的区域中具有小于约600nm的表面粗糙度(Ra)。用该涂覆的PcBN切削刀具来对该未时效铸铁工件进行机加工，其中该涂覆的切削刀具展示出与一个基本上相同的、CVD涂覆的、其中该涂层在工件接触区域中未被抛光的PcBN切削刀具相比在切削寿命方面至少30%的增量。
[0009]在下面的详细说明中进一步说明了这些和其他实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1展示了根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的基底。
[0011]图2展示了根 据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的基底。
[0012]图3展示了根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的基底。
[0013]图4展示了根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的基底。
【具体实施方式】
[0014]通过参考以下详细说明和实例以及它们的上述和以下说明可以更容易地理解在此说明的实施例。但是，在此说明的元素、设备和方法并不局限于在该详细说明和实例中呈现的具体实施例。应该认识到，这些实施例仅是本发明原理的展示。在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出的许多修改和修正将是本领域的普通技术人员容易明白的。
[0015]1.涂覆的切削刀具
[0016]在一个方面，描述了 PcBN切削刀具，这些切削刀具具有粘附到其上的涂层，在某些实施例中这些涂层展示出希望的耐磨损性以及增加的切削寿命。在此说明的一种涂覆的切削刀具可以包括一个含有大于85体积百分比PcBN的PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度(Ra)。在某些实施例中，在一个工件接触区域中该涂层表面粗糙度(Ra)是小于250nm或者小于200nmo
[0017]在另一个方面，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括直接沉积在该PcBN基底上的一个第一Al2O3层以及沉积在该涂层的一个层上的一个第二 Al2O3层，该涂层的这个层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属元素，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度(Ra)。
[0018]现在转向具体的部件，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底。PcBN基底可以包括不与本发明的目的相矛盾的任何量的PcBN。例如，PcBN基底可以包括大于85重量百分比的PcBN。在某些实施例中，在此说明的一种切削刀具基底包括选自表1中的量的 PcBN。
[0019]表1-切削刀具基底的PcBN重量百分比
[0020]
【权利要求】
1.一种涂覆的切削刀具，包括: 一个多晶立方氮化硼(PcBN)基底，该基底包括大于85重量百分比的PcBN ;以及 一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度(Ra)。
2.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该表面粗糙度(Ra)是小于约250nm。
3.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该表面粗糙度(Ra)的范围是从约25nm到小于200nm。
4.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层的一个Al2O3层是直接沉积在该PcBN基底上。
5.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层的一个第一Al2O3层是直接沉积在该PcBN基底上并且一个第二 Al2O3层是沉积在该涂层的一个层上，该涂层的这个层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属兀素。
6.如权利要求5所述的涂覆的切削刀具，其中该第二Al2O3层是沉积在一个TiN、TiC、或TiCN上。
7.如权利要求5所述的涂覆的切削刀具，其中该第一Al2O3层具有小于约I μπι的厚度而该第二 Al2O3层具有大于约3 μ m的厚度。
8.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，进一步包括一个沉积在该一个或多个Al2O3层上的外层，该外层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属元素。
9.如权利要求8所述的涂覆的切削刀具，其中该外层是TiN、TiCN、或TiN与TiCN层的组合。
10.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该基底包括至少85重量百分比的PcBN0
11.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该基底包括至少90重量百分比的PcBN0
12.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该一个或多个Al2O3层是a-Al2O3。
13.—种涂覆的切削刀具，包括: 一个多晶立方氮化硼基底；以及 一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括一个直接沉积在该PcBN基底上的第一 Al2O3层以及一个沉积在该涂层的一个层上的第二 Al2O3层，该涂层的这个层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属元素，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度(Ra)。
14.如权利要求13所述的涂覆的切削刀具，其中该表面粗糙度(Ra)的范围是从大于200nm 到约 600nm。
15.如权利要求13所述的涂覆的切削刀具，其中该表面粗糙度(Ra)是小于约250nm。
16.如权利要求13所述的涂覆的切削刀具，其中该第二Al2O3层是沉积在一个TiN、TiC、或 TiCN 上。
17.如权利要求13所述的涂覆的切削刀具，其中该第一Al2O3层具有小于约I μ m的厚度而该第二 Al2O3层具有大于约3 μ m的厚度。
18.如权利要求13所述的涂覆的切削刀具，其中该基底包括至少90重量百分比的PcBN0
19.一种制造涂覆的切削刀具的方法，包括: 提供一个多晶立方氮化硼(PcBN)基底，该基底包括大于85重量百分比的PcBN ； 在该基底上通过化学气相沉积来沉积一个包括一个或多个Al2O3层的涂层；并且在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中将该涂层抛光到小于600nm的表面粗糙度(Ra)。
20.如权利要求19所述的方法，其中该表面粗糙度(Ra)是小于约250nm。
21.如权利要求19所述的方法，其中该表面粗糙度(Ra)是从25nm到小于200nm。
22.如权利要求19所述的方法，其中该涂层的一个Al2O3层是直接沉积在该PcBN基底上。
23.如权利要求19所述的方法，其中该涂层的一个第一Al2O3层是直接沉积在该PcBN基底上并且一个第二 Al2O3层是沉积在该涂层的一个层上，该涂层的这个层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属兀素。
24.如权利要求19所述的方法，其中该沉积的涂层包括在该一个或多个Al2O3层上的一个或多个外层。
25.如权利要求24所述的方法，其中，该一个或多个外层各自包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属素。
26.如权利要求19所述的方法，其中该一个或多个Al2O3层是a-Al2O3。
27.如权利要求19所述的方法，其中对该涂层进行抛光并未实质上改变该涂层的应力状况。
28.如权利要求19所述的方法，其中该基底包括至少90重量百分比的PcBN。
29.—种对未时效铸铁工件进行机加工的方法,包括: 提供一个涂覆的切削刀具，该切削刀具包括一个多晶立方氮化硼(PcBN)基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该抛光的涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度(Ra);并且 用该涂覆的切削刀具来对该未时效铸铁工件进行机加工，其中该涂覆的切削刀具展示出与一个基本上相同的、涂覆的、其中在该工件接触区域中未对该涂层进行抛光的PcBN切削刀具相比而言在切削寿命上至少30%的增加。
30.如权利要求29所述的方法，其中该表面粗糙度(Ra)是小于约250nm。
31.如权利要求29所述的方法，其中该表面粗糙度(Ra)是从25nm到小于200nm。
32.如权利要求29所述的方法，其中该未时效铸铁是灰铸铁。
33.如权利要求29所述的方法 ，其中包括该抛光的涂层的该涂覆的切削刀具展示出与该基本上相同的切削刀具相比在切削寿命上至少90%的增加。
34.如权利要求29所述的方法，其中该基底包括大于85重量百分比的PcBN。
【文档编号】C23C16/30GK103924211SQ201410010050
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2013年1月11日
【发明者】F·B·巴塔格利亚, C·J·内斯特, P·R·莱希特, K·L·赖纳, C·G·麦克纳尼 申请人:钴碳化钨硬质合金公司