[发明专利]分层涂覆的切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过排屑来进行机械加工的工具，其包括硬质合 金(hard alloy of cemented carbide)、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼基材 料或高速钢的主体，及包括涂层，所述涂层包括叠层的立方结构的MeN 以及(Ti，Al)N和(Ti，Si)N的稳定化立方相，其中Me是金属元素Ti、Nb、 Hf、V、Ta、Zr、Cr、Al的一种或多种。所述涂层在产生高温的金属 切削应用，例如超耐热合金(super alloy)和不锈钢的机械加工中特别有 用。涂层通过物理气相淀积(PVD)、并优选通过阴极弧蒸发来生长。

背景技术

TiN已被广泛用作切削工具上的硬质层，但其在500℃以上温度 下的耐氧化性差已经引起了对三元或四元化合物例如Ti-Al-N和 Ti-Cr-Al-N的关注。更复杂的四元物例如Ti-Si-Al-N已被报道并被描述 为由于其由NaCl型的晶体相与非晶Si₃N₄或SiN_x组合构成的双相结构 而超硬H＞45GP。这些涂层材料显示出了改进的耐氧化性，及在机械 加工硬化钢方面改进的性能。

EP1736565、WO2006/118513和EP0588350公开了包括(Ti，Si)N层 的硬质涂层。

US7083868和US7056602公开了包括(Ti，Al)N层的硬质涂层。

涂层优化也已经通过涂覆不同概念的多层来实现，如交替的含Ti 和Al的层(US6309738)、含氧和不含氧的层(US6254984)、堆叠在多层 中的一个层自身由多层组成(US6077596)、交替的氮含量(US5330853) 或者使用一种亚稳化合物(US5503912)，或者如非周期性的多层。

为了环境保护而朝干作业过程发展的趋势，因为工具切削刀刃温 度增加，对工具材料的特性带来了更高的要求，所述干作业过程即为 不使用切削液(润滑剂)的金属切削操作和通过改进工艺加快机械加工 速度。特别地，在高温下的涂层稳定性例如耐氧化性和耐磨性，已经 变得更加关键。

发明内容

本发明的一个目的是提供涂覆的切削工具，其在通过排屑而进行 的金属切削过程中具有改进的高温性能。

令人惊讶的是，已经发现包括交替的立方结构的MeN、(Ti，Al)N 和(Ti，Si)N层的涂层产生了改进的耐磨性和耐温性。

附图说明

图1示意性的涂层结构包括(S)主体、(A)层A、(B)层B和(C)层C。

图2a淀积室的示意性侧视图，(1)真空室、(2)阴极、(3)工件夹具、 (4)用于加偏压的电源、(5)阴极弧电源、(6)工艺气体的入口和(7)用于真 空泵的出口。

图2b淀积室的示意性俯视图，(1)真空室、(2a)阴极位置1、(2b) 阴极位置2、(2c)阴极位置3、(2d)阴极位置4和(3)工件夹具。

具体实施方式

根据本发明，提供了用于通过排屑进行机械加工的切削工具，其 包括硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼基材料或高速钢的主体， 在其上淀积有耐磨涂层，所述耐磨涂层包括立方结构的MeN、立方结 构的(Ti，Al)N层和立方结构的均质(Ti，Si)N层的交替层，其中Me是金 属元素Ti、Nb、Hf、V、Ta、Zr、Cr、Al的一种或多种，优选是Ti、 Nb、Ta或Al中的一种或多种。涂层的平均组成是46at(原子)％＜Zr+Hf+ V+Cr+Nb+Ta+Ti+Al+Si＜54原子％、优选48原子％＜Zr+Hf+V +Cr+Nb+Ta+Ti+Al+Si＜52原子％，及余量的N，其由例如EDS或WDS 技术测定。