[发明专利]具有金属基氮化物层的刀体和涂布该刀体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及刀体用硬质且耐磨的涂层，所述涂层包含至少一种Zr基氮化物层。本发明还涉及一种涂布所述刀体的方法和其用途。

背景技术

已将TiN广泛用作切削工具上的硬质层。然而，由于其高温耐氧化性相对差，因此已经将焦点转向较复杂的三元和四元化合物，例如具有改进的高温性能的Ti-Al-N、Ti-Al-Si-N和Ti-Cr-Al-N。例如，已经报道Ti-Al-Si-N为超硬的，H>40GPa，这可根据由NaCl型晶相与x射线无定形Si₃N₄或SiN_x组合而组成的二相结构来解释。

EP0588350公开了使用蒸发技术沉积在刀体上的Ti-Si-N复合材料的硬质层，得到组成为Ti_aSi_b的层，其中a在75原子％和85原子％之间并且b在15原子％和25原子％之间。

JP2004-338058公开了包含Ti、Si和Y的复合(compound)氮化物层的硬质涂层。所述层具有由梯度层组成的层状结构，其中各层具有最大的Si含量和最小的Si含量。JP2004-338008和JP2004-322279公开了分别包含复合(Ti,Si,Cr)N层和(Ti,Si,Zr)N的类似硬质涂层。

CN101338411公开了通过在混合的氩气和氮气放电(discharge)中在基材上共溅射纯Zr和纯Si靶材至2至3μm的总厚度而生长的Zr-Si-N层。

EP1736565公开了如下的切削工具刀片、整体立铣刀(solid end mill)或钻具，其包括刀体(body)和由一层或多层难熔化合物构成的涂层，其中至少一层包含立方(Me,Si)X相，其中Me是元素Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和Al中的一种或多种，并且X是元素N、C、O或B中的一种或多种。

WO2005100635A1公开了Al_xSi_yMe_zN涂层，0.001≤z≤0.08，其中Me是金属掺杂元素，例如Zr。

当今工业在不断地寻求进行经济且高产量/给进(feed-through)制造的解决方案。为了满足这些要求，需要具有先进性能的新材料以在操作期间改进工具寿命。在金属切削工具行业，大部分这种工作集中于通过设计应用中使用的涂层材料的性质而改进切削工具的磨损特性。通常，高产量/给进切削工艺使得工具温度急剧提高并因此使具有高温耐磨性的涂层材料成为必要。

发明目的

本发明的一个目的在于提供具有改进的高温性能的涂层材料。

本发明的另一目的在于提供一种制造所述涂层材料的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，通过刀体用硬质且耐磨的涂层实现所述目的，所述涂层包括至少一个金属基氮化物层，其中所述层是(Zr_1-x-zSi_xMe_z)N_y，其中0<x<0.30，0.90<y<1.20，0≤z<0.25，和Me是元素Y、Ti、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Al中的一种或多种，所述层包含单一立方相或单一六方相或其混合物，优选地氯化钠结构的立方相，和所述层的厚度在0.5μm和15μm之间。从而实现了具有高温耐磨性的硬质且耐磨的涂层。所述涂层改进的高温性质例如被观察为在通过排屑进行金属加工时改进的凹坑(crater)耐磨性，从而产生高温性能。

根据本发明的一个实施方式，0<x<0.15、优选地0<x<0.085。

根据本发明的一个实施方式，0<z<0.15、优选地0<z<0.10。通过添加少量如下元素Me中的一种或多种而实现优异的耐高温性：Y、Ti、Nb、Ta、Cr、Mo、W和/或Al。

根据本发明的一个实施方式，Me是元素Ta、Ti、Nb、Cr和Al中的一种或多种。

根据本发明的一个实施方式，TC(200)>1.5，并且同时TC(111)、TC(220)和TC(311)都应<1.5，其中

如下从XRD数据确定TC(hkl)：

其中