[发明专利]用于切削工具的绿色耐火涂层

说明书

相关专利申请资料

本专利申请特此根据35U.S.C.§120要求提交于2013年1月25日的美国专利申请No.13/750,252的优先权，该专利据此全文以引用方式并入。

技术领域

本发明涉及用于切削工具的耐火涂层，并且具体地讲，涉及通过化学气相沉积法(CVD)沉积的呈绿色的涂层。

背景技术

切削工具(包括陶瓷切削工具)已用于带涂层和不带涂层条件两者以便加工各种金属和合金。为了提高切削工具耐磨性、性能和寿命，已将一层或多层耐火材料施加于切削工具表面。已通过CVD并通过物理气相沉积法(PVD)将例如TiC、TiCN、TiN和/或Al₂O₃施加于陶瓷基底。虽然在多种应用中能有效抑制磨损并延长工具寿命，但基于上述耐火材料的单层或多层构造的耐火涂层已日益达到其性能极限，从而要求开发用于切削工具的新涂层结构。

发明内容

在一个方面，描述了其上粘附有涂层的切削工具，所述涂层在一些实施例中可展示出所需的耐磨性和延长的切削寿命。本文所述的带涂层切削工具包括基底和粘附于基底的涂层，所述涂层包括通过化学气相沉积法所沉积的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及除氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。在一些实施例中，金属氧化物相还包含选自铝、铪和钛的金属元素。当存在时，金属元素可形成另外的金属氧化物和/或与锆形成混合氧化物。另外，复合层还可包含硫氮化锆相。

在可供选择的实施例中，通过化学气相沉积法所沉积的复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及硫氮化锆相。涂层的复合层在一些实施例中还包含除氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。此外，金属氧化物相还可包含选自铝、铪和钛的金属元素。当存在时，金属元素可形成另外的金属氧化物和/或与锆形成混合氧化物。

本文所述的复合层在一些实施例中展现出在490nm至580nm波长范围内的颜色。此外，粘附于基底的涂层可具有至少60N的临界负载(L_c)。

本文还描述了制备带涂层切削工具的方法。制备带涂层切削工具的方法包括提供基底以及通过化学气相沉积法在基底上沉积涂层的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及除氧氮化铝相之外的金属氧氮化物相，所述金属氧氮化物相包括氧氮化锆。如本文所述，沉积复合层还可包含硫氮化锆相。另外，沉积复合层的金属氧化物相还可包含选自铝、铪和钛的金属元素。当存在时，金属元素可形成另外的金属氧化物和/或与锆形成混合氧化物。

复合层在一些实施例中从包含铝源、氧源、氮源和锆源的气体混合物沉积。如本文进一步所述，气体沉积混合物还可包含硫源。

在另一个方面，制备带涂层切削工具的方法包括提供基底以及通过化学气相沉积法在基底上沉积涂层的至少一个复合层，所述复合层包含氧氮化铝相、包括氧化锆在内的金属氧化物相以及硫氮化锆相。复合层在一些实施例中从包含铝源、氧源、氮源、锆源和硫源的气体混合物沉积。

这些和其他实施例在下文的具体实施方式中进一步描述。

附图说明

图1示出了根据本文所述的一个实施例的带涂层切削工具的基底。

图2为根据本文所述的一个实施例的带涂层切削刀片的剖面光学图像。

图3为根据本文所述的一个实施例的带涂层切削刀片的XRD光谱。

图4为根据本文所述的一个实施例的带涂层切削刀片的复合层的形貌和抛光表面扫描电镜(SEM)图像。

具体实施方式

通过参考以下具体实施方式和实例以及它们以前和下面的描述可以更容易地理解本文所述的实施例。然而，本文所述的元素、设备和方法并不限于具体实施方式和实例中所述的具体实施例。应当认识到，这些实施例只是示例性地说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的情况下，多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

I.带涂层切削工具