[发明专利]制造涂层切削刀具的方法及根据该方法制成的切削刀具

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造涂层切削刀具的方法，包括在沉积两个非金 属功能层之间沉积一个或者多个金属中间层。在沉积每一个金属中间 层之前，执行非金属功能层的离子蚀刻步骤。根据本发明的方法制成 的切削刀具由于韧度增加会展示出优良的寿命，因此显示出承受负载 变化的更好能力。另外，本发明便于沉积较厚的PVD涂层而没有沿着 刃线剥落的风险，因此能够沉积具有更好的抗后刀面磨损性的较厚涂 层。

背景技术

通常，如果将涂层沉积到切削刀具的表面上，则所述切削刀具的 寿命显著地增加。今天的大多数切削刀具涂覆有PVD或者CVD涂层， 如Ti(C，N)、TiN、(Ti，Al)N、(Ti，Si)N、(Al，Cr)N或者Al₂O₃。与CVD 涂层相比，PVD涂层具有几种吸引人的性质，例如在沉积状态中的残 余压缩应力、无冷却裂纹和更加精细的颗粒涂层。

然而，PVD涂层通常必须非常薄，这是因为自然地、通常围绕刃 线、或者在加工期间，较厚的PVD涂层会引起剥落、碎裂、所谓的刃 线剥落和崩刃。因为在很多应用中较厚的涂层由于增加的耐磨性而产 生较长的刀具寿命，通常为那些应用选择CVD涂层。

不幸的是，PVD涂层、特别是电弧沉积的PVD涂层经受存在所谓 的宏粒(macro)或者微滴，所述宏粒或者微滴作为小球体而存在于涂 层的表面上或者埋藏于涂层内部。在沉积涂层期间，这些微滴能够遮 蔽流入的带电金属离子，因此紧邻微滴在涂层中产生空穴。由于随后 在微滴和涂层之间的粘附力减小，在沉积过程期间、或者即刻地在沉 积工艺之后、或者甚至在加工期间，微滴会脱离。这会导致带有空穴、 气孔、或者甚至在极端情形中向下直至基体的孔的低劣涂层质量。

较厚的涂层还具有基体被暴露至的最大温度降低的优点。较低基 体温度降低了切削刃塑性变形的风险。较厚的涂层允许较高切削力而 不会引发基体塑性变形。

在切削刀具贸易中，对于较厚的PVD涂层的需求正在增长，所述 涂层具有较厚涂层的耐磨性以及PVD涂层的韧度的优点。

在各种沉积工艺开始时，离子蚀刻是共同的初始步骤。通常在沉 积之前对基体进行离子蚀刻以去除表面污染物以及自然氧化物和氮化 物。然而，在使用离子蚀刻作为中间步骤方面少有尝试。

利用PVD技术沉积金属层也是在PVD过程中已被确定的技术。 为人熟知的是，在沉积其余涂层之前将金属层直接地沉积到基体表面 上能够在一些情形中加强涂层的粘附力。

EP0756019描述了一种制造用于在冲孔操作中使用的材料变形刀 具的PVD涂层的方法。由(Ti，Al)N、(Ti，Al，Y)N或者(Ti，Al，Cr)N或者其 任何多层构成的PVD层被沉积。然后，例如利用喷丸或者金属离子蚀 刻对表面进行机械处理以去除任何微滴并且以实现光滑表面。然后， 在顶部上沉积由MoS₂构成的第二低摩擦PVD涂层。

US3755866描述了一种包括在彼此的顶部上沉积的两个非金属中 间层的刀片。一个层包括由精细颗粒成分构成，该精细颗粒成分为由 TiC、TaC、ZrC、HfC、VC和NbC构成的组。另一个层由至少一个精 细颗粒成分构成，该精细颗粒成分为由WC、MoC和CrC构成的组。 这两个层可以被或者可以不被由Co、Ni或者Fe构成的金属层分离。 该金属层在0.1和2.0μm之间。

EP1136585描述了一种自润滑涂层，该自润滑涂层由在其他硬质 涂层中的金属或者其他柔软材料的小微滴构成。因此，产生具有较低 摩擦水平的涂层。以如下序列沉积该涂层，该序列包括：沉积氮化物/ 碳化物，随后在Ar气氛中进行离子蚀刻。在离子蚀刻步骤期间，利用 Ar离子轰击薄的金属片，并且发射小的金属微滴。这种涂层因此由具 有在氮化物或者碳化物的其他硬质涂层中的小金属微滴的层构成。

JP2002-103122A描述了覆盖小直径刀具的硬质阳极氧化涂层，其 中该涂层的构成为：内部Ti层、随后为TiCN层、中间金属TiAl层、 该层最终被外部TiAlCN层覆盖。