[发明专利]用于加工金属材料的切割工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加工金属材料的切割工具。具体而言，本发明涉及一种此类型的切割工具，其包括：硬金属主体；以及在至少一个表面区域中，施加到所述硬金属主体的多层涂层。

背景技术

此类型的切割工具尤其用作可转位刀片，以用于进行车削(turning)且用于与对铁基材料，例如钢、铸造材料和不锈钢进行车削类似的切割工艺。在此情况下，切割工具可尤其用于精加工、中等加工和粗加工操作。在这方面，对精加工、中等加工和粗加工进行区分的方法是，分成小切屑截面区域(切割速度较高)到大切屑截面区域(切割速度相对较慢)。

众所周知，要增加使用寿命，可通过热活化化学气相沉积(CVD)将很耐磨的硬质材料层施加到易受磨损且由耐磨硬金属构成的切割工具。在此情况下，硬金属层通常作为具有不同化学成分的多层涂层。此类型的多层涂层可能会采用TiC_xN_yO_zB_v和Al₂O₃层，其中x+y+z+v＝1。

在此情况下，可假定单个参数x、y、z和v为不同的值，具体而言，在某些情况下，单层中的一个或多个所述参数可为值0。使用此类型的多层涂层时，可能会形成具有硬度值(根据EN ISO 14577-1确定)的表面，所述硬度值在15GPa到40GPa的范围内。由于采用CVD工艺生产的表面通常具有(多)晶体结构，因此在很多情况下，(最外)表面可通过使用通常包括陶瓷研磨剂的干喷或湿喷进行的加压喷射修匀而变得平滑。

已知可使用Al₂O₃作为切割工具的外层。在某些情况下，TiN、TiC_xN_y(其中x+y＝1)薄层或此类型的层的组合也沉积在所述外层上。Al₂O₃可结晶成许多不同的相，其中的两相主要关于采用CVD工艺来沉积Al₂O₃薄层，以获得切割工具的硬质材料层：α-Al₂O₃和κ-Al₂O₃。α-Al₂O₃是热力学稳定的六角相，且κ-Al₂O₃是热力学亚稳相。有可能会沉积出(大体上)纯α-Al₂O₃层或(大体上)纯κ-Al₂O₃层。但也有可能形成包括α-Al₂O₃和κ-Al₂O₃混合物的层，在此情况下，可获得各种混合比。通过适当地选择沉积在Al₂O₃层正下方的层(尤其是所述层的具体化学成分、形态和织构)，而且通过适当地选择CVD工艺中的涂层参数以形成Al₂O₃层，现代CVD工厂可对α-Al₂O₃或κ-Al₂O₃进行可靠且有目的的沉积。

通常在CVD工艺中生产所述多层涂层，其中热活化的温度在500℃以上。因此，所形成的层处于高温，随后通常冷却到室温。当使用切割工具加工金属材料时，多层涂层中的温度有时会增加而回到高温。由于所生产的层处于高温而且由于单层的热膨胀系数不同，因此会在冷却到室温后形成各层中的张应力和压应力。层中的这些不同应力的作用在于，可在冷却到室温后或在材料加工期间，使切割工具的外层出现破裂。此破裂和各层之间剩余的应力梯度与切割工具可达到的使用寿命直接相关，因为一个或多个层的区域的散裂会从已形成的裂缝开始逐渐发生和/或所述散裂由较高的残余应力梯度造成。在尤其临界的位置，一个或多个层中的某些部分可能会分开，具体而言，这些位置是由一个层与立即邻接该层的下一层之间的接口形成的。