带涂层的切削工具及其制造方法_3

文档序号:9258336阅读:来源:国知局
目测彼此区分。
[0056] 可形成覆盖层,例如包含氮化钛和/或氮化锆的黄色覆盖层。包含TiN和/或ZrN 的覆盖层也可在PVD工艺中制备。
[0057] 根据优选的实施例,覆盖层由氧化铝或掺杂有另外的阴极金属的氧化铝形成。氧 化物覆盖层的层厚度优选地为〇. 1至〇. 5 μ m。取决于层厚度和掺杂程度,氧化物覆盖层可 具有彩虹色调或为诸如绿色、蓝色或红色的颜色。
[0058] 具有以下层构造的涂层可以例如使用根据本发明的方法获得:
[0059] 夺体 A)
[0060] 底层:IVXA1XN,其中 0· 4 彡 X 彡 0· 6(1-6μπι)
[0061] 氧化物层:Al2O3 (0· 5-6 μ m)
[0062] 覆盖层:IVXA1XN、TiN 或 ZrN (0· 1 至 1 μ m)
[0063] 夺体 B)
[0064] 底层:IVXA1XN,其中 0· 4 彡 X 彡 0· 6(1-6μπι)
[0065] 任选的氧化物中间层:Al2O3 (0. 5-6 μ m)
[0066] 氧化物层:IVxAlxN 和 Al2O3
[0067] (每层〇·卜〇· 5 μ m ;交替,最多10个重复)
[0068] 覆盖层:IVXA1XN、TiN 或 ZrN (0· 1 至 1 μ m)
[0069] 夺体 C)
[0070] 底层:IVXA1XN,其中 0· 4 彡 X 彡 0· 6(l-6ym)
[0071] 氧化物层:AlMOx,其中 M = Ti、Zr、Hf、Si 和 / 或Cr(0. 5-6μπι)
[0072] 覆盖层:111_/1具1^和/或2冰(0.1至14111)
[0073] 夺体 D)
[0074] 底层:IVxAlxN,其中 0· 4 彡 X 彡 0· 6 (1-6 μ m)
[0075] 任选的氧化物中间层:A1M0X,其中M = Ti、Zr、Hf、Si和/或Cr(0. 5-6μπι)
[0076] 氧化物层:IVxAlxN 和 AlMOx,其中 M = Ti、Zr、Hf、Si 和 / 或 Cr
[0077] (每层〇·卜〇· 5 μ m ;交替,最多10个重复)
[0078] 覆盖层:IVXA1XN、TiN 或 ZrN (0· 1 至 2 μ m)
[0079] 夺体 E)
[0080] 底层:IVXA1XN,其中 0· 4 彡 X 彡 0· 6(1-6μπι)
[0081] 氧化物层:Al2O3 或 AlMOx,其中 M = Ti、Zr、Hf、Si 和 / 或Cr
[0082] (0· 1至0· 5 μ m,以及覆盖层)
[0083] 在变体C)和D)中,包含AlMOx的层可优选地具有与Al和/或M的份额有关的梯 度。Al/Μ之间的原子比优选地在98:2和70:30之间变化。
[0084] 此外,前述变体A)至D)中的覆盖层可根据本发明替换为包含Al2O3或AlMO x的氧 化物覆盖层,然后将其施加到包含TipxAlxN的层。
[0085] 可通过根据本发明的方法获得的具有至少一个氧化物层,优选地,包含AlMOx的氧 化物层(其中M = Ti、Zr、Hf、Si和/或Cr)的带涂层的切削工具优选地可用于切削加工 金属和金属合金,尤其是钢、铸铁、镍合金和钛合金。与具有包含TiAlN的涂层的常规切削 工具相比,可实现更好的切削能力并增加工具寿命。此外,可通过改变掺杂程度来轻松地改 变涂层特性,因此易于适应特定应用条件和客户愿望。
[0086] -氧化二氮用作反应气体允许在不苛刻条件下使用电压脉冲溅射制备氧化硬质 层。因此,可通过阴极电压或基底偏压在更大程度上控制操作点,或当制备包括含氧化物涂 层和氮化物涂层的交替层的多层涂层时,其可被完全省略。此外,在氮化物涂层沉积之前 不再需要洗涤靶,因为可在大多数情况下防止氧化物的聚集。因此,PVD法可在较简单的条 件下实施。
[0087] 本发明的另外特征和优点在优选实施例的如下描述中呈现,但不应理解为限制性 的。
[0088] 实例 1
[0089] 在得自赛利(Cemecon)的CC800/9sinox PVD涂层系统中,包含12. 2重量%的(:〇、 L 4重量%的TaC、0. 9重量%的NbC和85. 5重量%的WC (用于铣削钢的P-型)的切削工 具具有如下指出的涂层。
[0090] l.TiAlN(Ti:Al比为40:60,以百分比计),作为具有1.7μπι的层厚度的底层(以 DC电压溅射沉积);
[0091] 2.氧化铝,作为具有0. 9 μL?的层厚度的氧化物层;
[0092] 3. TiAIN,作为具有约0· I ym的层厚度的覆盖层。
[0093] 在涂布工艺之前,硬质金属基体在真空室中用Ar离子轰击清洁。
[0094] TiAlN底层的沉积在DC电压操作中通过已知方式进行。
[0095] 氧化物层和TiAlN覆盖层的沉积通过中频脉冲溅射实施。沉积条件在表1中列出 如下:
[0096] 表1: PVD沉积条件
[0097]
[0098] 涂层使用四个阴极实施,四个阴极在双极操作中是脉冲的。使用两个Al靶和两个 Ti4tlAl6tl靶。用于两个靶的脉冲频率为约50kHz ;然而,TiAl靶只在小功率下操作,以便一方 面在刀片上尽可能获得纯氧化铝,另一方面防止氧化物聚集在TiAl靶表面上。
[0099] 对于氧化铝的沉积,一氧化二氮在氩气中用作反应气体,浓度为6体积%。操作点 通过保持约400V的恒定阴极电压进行控制。
[0100] 实例 2
[0101] 为了根据现有技术制造切削刀片,根据实例1将常规PVD涂层施加到硬质金属基 体。涂层由TiAlN(Ti:Al比为40:60,以百分比计)构成,层厚度为1.5μπι(以DC电压溅射 沉积)。
[0102] 实例 3
[0103] 在得自赛利(Cemecon)的CC800/9sinox PVD涂层系统中,包含6. 1重量%的Co 和83. 9重量%的WC(用于铸铁铣削刀具的K-型)的切削工具具有如下指出的涂层。
[0104] l.TiAlN(Ti:Al比为40:60,以百分比计),作为具有3. Iym的层厚度的底层(以 DC电压溅射沉积);
[0105] 2.氧化铝,作为具有0. 1 μπι的层厚度的氧化物覆盖层;
[0106] 氧化物覆盖层的沉积通过中频脉冲溅射实现,类似于表1中所指出的条件,但已 调整涂布持续时间。
[0107] 实例 4
[0108] 为了根据现有技术制造切削刀片,根据实例3将常规PVD涂层施加到硬质金属基 体。涂层由TiAlN(Ti:Al比为45:55,以百分比计)构成,层厚度为4.8μπι(以DC电压溅射 沉积)。
[0109] 切削测I试1
[0110] 在由合金42CrM〇4钢制成的工件上使用M680边角铣削工具的铣削测试中,使用根 据实例1的具有XPHT160412刀片形状的切削工具,并且与根据实例2的相应切削工具进行 比较。
[0111] 铣削以250m/min的切削速度vc和0· 25的每齿进给量(tooth feed rate) fz进 行。切削深度ap为1mm,并且切削宽度ae为20mm。铣削为干式的。
[0112] 与采用比较用工具所实现的相比,采用实例
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