[发明专利]涂层工具以及制造和使用涂层工具的方法

说明书

本文所公开的涂层工具的示例包括基体、形成于所述基体上的金属层、形成于所述金属层上的连续的金属碳化物层，和形成于所述金属碳化物层上的平滑的、连续的、封端的类金刚石碳(DLC)层。所述DLC层用于防止来自工件的金属粘附至工具，所述工具作用于所述工件上。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2013年7月15日的美国临时专利申请序列号为61/846,143的权益，其通过引用全部并入本文。

背景技术

在金属机械加工中使用的工具可能遭受工具被磨损的情况。随时间过去，工具上的磨损可能会改变工具表面，并且可能降低该工具的效率或使工具不适合使用。各种涂层已应用于工具上以致力于增加工具的使用寿命。这种涂层的一个示例是氮化钛涂层。氮化钛涂层降低磨损并保持切削刃。

发明内容

本文公开了一种涂层工具。在一个示例中，所述涂层工具包括：基体；形成于所述基体上的金属层；形成于所述金属层上的连续的金属碳化物层；和形成于所述金属碳化物层上的平滑的、连续的、封端的类金刚石碳(DLC)层。所述DLC层用于防止来自工件的金属粘附至工具，所述工具作用于所述工件上。

附图说明

本公开的示例的特征与优点将通过参照下文的详细说明和附图而变得显而易见，其中同样的附图标记对应于相似的，尽管可能不相同的部件。为简洁起见，附图标记或具有先前描述的功能的特征可以或可以不结合它们在其中出现的其它附图来描述。

图1是通过本文公开的方法的一个示例形成的涂层工具的一个示例的示意性的横截面图；

图2是说明了在加工流体中本文公开的类金刚石碳涂层的示例和铝之间的摩擦系数(μ)的曲线图；

图3是说明了本文公开的类金刚石碳涂层的一个示例的表面拓扑结构的原子力显微镜(AFM)图像；

图4A和4B是分别描述了例如未氢化DLC涂层钻头(CD)和涂层丝锥(CT)以及可相比较的无涂层示例钻头(UD)和无涂层丝锥(UT)的钻头破损和丝锥破损的结果的图表；

图5A是无涂层的可相比较的头螺栓在该可相比较的头螺栓用于钻出10000个孔之后拍摄的照片的示意图；以及

图5B是一个示例性头螺栓(用本文公开的类金刚石碳涂层的一个示例涂覆的)在该头螺栓用于钻出10000个孔之后拍摄的照片的示意图。

具体实施方式

一些金属(例如，铝、镁等)是软的和化学活泼的。这些类型的金属在机械加工期间表现出粘附于工具表面的强烈倾向。本文公开的工具(或多个工具)包括类金刚石碳(DLC)涂层，该DLC涂层减少机械加工期间这些类型的金属的粘附。本文公开的示例中，已经发现，当DLC由氢和/或羟基基团(在工具使用之前或在工具使用期间)封端时获得优良的DLC涂层。

DLC通常是显示出金刚石的硬度(例如，从约15GPa至约100GPa)和石墨的润滑性的一种摩擦学材料。本文公开的DLC涂层的示例显示出低硬度(范围从约15GPa至约25GPa)。已经发现，这种低硬度对断裂韧性是有益的，其允许涂层工具撞击内含物而不破坏DLC涂层。虽然摩擦系数(μ)可能根据涂层工具所使用的环境而变化，但是本文公开的DLC涂层的示例是超光滑的并且当针对金属工件进行无润滑运行时表现出范围从约0.01至约0.2的摩擦系数(参见，例如，图2)。