[发明专利]织构强化的α－氧化铝涂层工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层的硬质合金刀片，其组合了具有坚韧表面区域的基底和织构强化的α-Al₂O₃层，所述涂层的硬质合金刀片在金属切削操作的很多领域中有用，例如车削加工钢材(低合金钢和淬火钢)与铸铁，尤其是在机械约束可能变化很显著的切削应用中广泛使用的球墨铸铁。

背景技术

在20世纪90年代初，采用基于US专利5,137,774的商业产品，获得了在工业规模中α-Al₂O₃多晶型的控制。这个专利后来的变形已经被用来沉积具有优选织构的α-Al₂O₃。在US 5,654,035中公开了一种具有织构的氧化铝层，在US 5,980,988中公开了一种具有织构的氧化铝层。和织构都被公开在US 5,863,640。US 6,333,103描述了控制α-Al₂O₃在面上形核和生长的改进方法。US 6,869,668描述了用织构改性剂(ZrCl₄)在α-Al₂O₃中得到强织构的方法。前面讨论的现有技术的操作都使用大于1000℃的沉积温度。US 7,094,447描述了获得显著的织构的技术。US2006/0199026和US 2006/0141271分别公开了产生显著的和织构的增强的沉积技术。然而，作为(0001)织构的标识的(0006)衍射峰，以前并没有被观察到。US 2007/104945公开了(0001)织构的氧化铝层。比较和(0001)织构的氧化铝层，发现(0001)织构要优于其他的织构。

在涂层前硬质合金切削刀具刀片的上部，产生坚韧的富粘结相的表面区域的方法通常被称为梯度烧结。存在两种工艺用来产生富粘结相的表面区域：

(i)通过在表面附近立方碳化物相的溶解(N-梯度)，如US4,277,283、4,610,931、4,830,930和5,106,674。

(ii)通过受控制的冷却或脱碳(C-梯度)，如US 5,106,674和4,830,930。

发明内容

新的规律/规则将会提高金属加工过程中使用冷却润滑剂的成本。这促进了干切削加工。反过来，它将提高对更耐温涂层的硬质合金的需求，并普遍地促使金属切削工业去考虑新的替代方法。下面是在市场的一些最重要的趋势：

·对增长的生产率，需要更高的切削速度。

·对消减的成本和环境状况，需要干切削加工和/或微量润滑(MQL)。

·对更轻的零件和构造，需要难以切削加工的材料，即高强度材料。

所有这些趋势对于耐磨性，连同变形抗力和韧性提出了更多的要求。由于Al₂O₃的高度的化学稳定性和有利的热力学性质，它是高速金属切削的理想涂层材料。由于前面讨论的市场上的趋势，就凸出了对增强的耐磨性，连同增强的韧性的需要。

本发明的目的是提供一种改进的氧化铝涂覆的硬质合金刀具，其具有改善的耐磨性，连同变形抗力和韧性。

附图说明

图1显示了来自根据本发明的α-Al₂O₃层，使用Cu K_α辐射在2θ为41.675°时的(0006)衍射峰。

图2a是具有N-梯度的硬质合金表面区域的未涂覆的抛光的断面，在1200X放大倍数下的光学显微照片。白色相是粘结相，浅灰色的是WC，深灰色的是立方相。

图2b是根据本发明的刚沉积的α-Al₂O₃层的抛光的断面，在10000X放大倍数下，用背散射电子得到的SEM显微照片，该α-Al₂O₃层沉积在Ti(C，N)层上，而该Ti(C，N)层沉积在来自图2a的基底上。

图3显示了根据本发明的织构强化的α-Al₂O₃层、来自实例3的涂层的断面SEM显微照片。以箭头指示的是近似平行于涂层表面的(0001)面。

图4所示的分别是来自实例3的(0001)织构的α-Al₂O₃的层c和层d的SEM表面图像。根据本发明的层，图4a中的层c不是由(0001)面终止的，其是图4b中根据现有技术的层d。