[发明专利]具有碳氮化物层的切削刀具

说明书

本发明涉及一种用于切削加工的切削刀具或者切削刀具的一部分，例如一种刀片。

切削刀具在工作时遭受很大的磨损负荷并且承受很大的力。尤其是切削刃和切削刃邻近的表面部位，无论是在加工金属时还是加工塑料时或者在加工其它材料时都受到很大的应力。从工件上切削下来的切屑例如在刀具面上换向，其中切屑在高的压力作用下就顺着刀具面部位而滑动。

无论是刀具切削刃的缺陷还是切削表面的缺陷都表明了刀具的磨损情况。这种刀具一方面应该有尽可能长的耐用度，另一方面产生尽可能高的切削效能。然而刀具的磨损都是随切削效能的提高而加大。

已知的切削刀具都有减少磨损的覆层。这些履层用CVD法(化学汽相沉积法)或PVD法(物理汽相沉积法)制成。例如EP0736615A2就公开了一种多层的覆层，总共在基底上敷覆了四层。直接附着在基底上的是一层TiC_XN_YO_Z。上面一层优先是钛碳氮化物层TiC_XN_Y。在CVD法中沉积这种覆层的温度在1000°和1100℃之间。

对于用PVD法的制造就没有什么说明了。

由此出发本发明的任务就是提出一种耐磨的切削刀具以及制造这种刀具的一种合理的方法。

该任务通过具有在权利要求1中所述特征的切削刀具或刀片来解决。此外用一种按权利要求17所述的方法来得到这样的切削刀具。

按本发明的切削刀具或者适合于切削刀具的刀片有一层碳氮化物层。该覆层在靠近表面处或者在受载的切削面部位的表面上，而且必要时也在其它的切削面部位上。碳氮化物层含有碳和氮，例如作为化合物C₃N₄或者以另外的比例关系和连结结构。这样一种碳氮化物层一般显现出相对较小的摩擦系数，比许多其它已知的硬材料层和基底材料的摩擦系数更小。较小的摩擦系数造成了磨损少的切屑流。具有碳氮化物层的刀片的或者具有碳氮化物层的切削刀具的切削效能比没有覆层的或者具有其它覆层的刀具或者说刀片能够提高。较小的摩擦系数减小了滑移过切削面上的切屑的焊接倾向，举例来说，在加工高合金钢时，加工奥氏体钢，钛和轻金属时。

具有碳氮化物层的刀具尤其适合于加工由钛或钛合金制成的零件。与含钛覆层相比这里可以排除或者减少钛零件表面被其它的钛化合物玷污的危险，而这种玷污又往往是考虑零件强度时的原因。

碳氮化物层的硬度可能与基底材料的硬度或者位于其下覆层的硬度不同，其中碳氮化物层的硬度不仅可以大于，也可以小于位于其下覆层或者基底材料的硬度。

碳氮化物层优先考虑是一种Me_XC_YN_Z:H层或者一种Me_XC_YN_ZO_s:H层(X≤0.2；Y/Z≥3/4)，其中金属Me可以由化学元素周期表的第四组中的一种或几种金属构成。这些金属最好只含有较少的原子百分比，因而碳氮化物层基本上是由碳和氮构成。也可以取消这种较小含量的金属。根据需要这种较小含量的金属可以用来有目的地控制表面特性。例如可以通过一种钛成分而获得一种结构，就是使TiC,TiN或TiCN晶粒嵌入在一种主要具有石墨化成分的CN-基质里(共价连接)。

已经证实，当碳氮化物层最大含有50原子百分比(at％)的氮和超过50原子百分比(at％)的碳，那么就尤其可以减少磨损。同时它可以成长为例如聚合物结构。

碳氮化物层最好是一个表面层，它与切除的切屑和其余的工件部分或部位接触。它可以形成一层顶盖层并且直接用作为耐磨层。但根据需要还可以有一层涂层，例如出于装饰原因。

碳氮化物层可以直接敷设于切削刀具材料基体上。这种基体可以由金属、金属合金或者由陶瓷组成的材料(金属陶瓷)制成，例如具有少量钴的钨碳化物。在这种情况下，基体的硬度就与碳氮化物层的减磨特性相配合。