[发明专利]表面改性涂层切削刀片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面改性涂层切削刀片及其制备方法。该切削刀片包含刀片基体和沉积于刀片基体上的涂层，涂层包含MT‑TiZrCN涂层和最外层具有刚玉结构的Al(Zr)₂O₃改性涂层；Al(Zr)₂O₃改性涂层具有(300)晶面强织构取向，且取向晶面的强度比值I(300)/I(110)＝0.5～2.5。制备方法包括在刀片基体上依次沉积TiN层、MT‑TiZrCN涂层、TiCxNyOz层、α‑Al₂O₃层和Al(Zr)₂O₃改性涂层，得到表面改性涂层切削刀片。本发明的表面改性涂层切削刀片具有优异的耐热性能、抗崩刃性能和抗粘附性能，适用于钢及不锈钢的通用铣削加工等方面。

技术领域

本发明属于金属切削加工领域，尤其涉及一种表面改性涂层切削刀片及其制备方法。

背景技术

现代CVD(化学气相沉积)涂层切削刀片的表面一般均含有两个主要的耐磨层MT-TiCN涂层以及Al₂O₃涂层，以提供涂层切削刀片足够的抗后刀面磨损及抗月牙洼磨损，同时保证一定的耐热性能。而CVD涂层切削刀片在钢材铣削应用中，特别是铣削加工不锈钢一类粘性大的工件材料时，刀片刃口受到断续冲击，切削温度持续变化，以及粘性切屑材料在刀片表面粘附，容易发生刀片崩刃以及表面涂层的剥落的现象。

众所周知，相对于Al₂O₃组合应用的MT-TiCN涂层来说，Al₂O₃涂层具有极好的热稳定性，但是脆性较大，当应用于高速断续切削时，刃口要承受极短周期下的重复热冲击作用，极易发生崩刃，Al₂O₃涂层强度不足的因素缩短了涂层刀片的使用寿命。

同时，MT-TiCN涂层作为抗后刀面磨损的耐磨层，在与Al₂O₃涂层的组合应用中，具有较好的强度，并且能够与基体及Al₂O₃涂层安全有效地粘附。但是MT-TiCN涂层与Al₂O₃涂层耐热性能的明显差异，也导致涂层刀片在高速断续切削过程中极易发生热塑性变形，并伴随大量热的作用而造成后刀面不均匀磨损，从而对切削刀尖失去有效支撑，最终造成崩刃。因此，提高MT-TiCN涂层的抗氧化性能，能有效延缓涂层刀片切削刃口的后刀面磨损过程，提高涂层切削刀片的耐崩刃性能。

针对Al₂O₃涂层脆性较大的问题，韩国专利文献KR20120040163(A)采用降低Al₂O₃涂层的沉积温度，降温幅度达到20％～38％；并与MT-TiCN层或PVD(或PCVD)韧性基底层组合，从而达到提高涂层韧性的目的。美国专利文献US5698314、US6139921、US5516588公开了一种采用PVD及PCVD方法在低温条件下沉积纳米晶Al₂O₃涂层。以上技术由于沉积过程中大幅度降低温度，不仅会导致Al₂O₃涂层与底层组合涂层的结合强度下降，而且在沉积工艺过程中使得Al₂O₃涂层的沉积速率下降趋势更加明显，这些因素均不利于生产制备含较厚Al₂O₃涂层的切削刀片，从而在不锈钢等难加工材料的铣削加工过程中由于涂层结合力降低，以及高温，使得涂层耐磨性明显降低。