[发明专利]一种带涂层的切削刀具

说明书

本发明公开了一种带涂层的切削刀具，包括基体以及采用化学气相沉积方法沉积并具有0.5～20μm总厚度的多层耐磨涂层；所述多层耐磨涂层由内至外依次包括：至少一层钛化合物层和至少一层周期性涂层，所述周期性涂层由AlTiN层与AlTiSiN层交替沉积形成，所述AlTiN层与所述AlTiSiN层之间设有一层过渡层；所述过渡层由AlTiN或AlTiSiN构成，且其Si含量由所述AlTiN层至所述AlTiSiN层呈现梯度递增。本发明的目的在于解决带涂层切削刀具中AlTiN层与AlTiSiN层之间结合力弱的问题。

技术领域

本发明属于加工刀具领域，尤其涉及一种带涂层的切削刀具。

背景技术

现代机械加工领域对高生产效率、环保的要求，以及被加工材料的复杂化和多样化的趋势对刀具涂层的耐磨损性能提出了更高的要求。目前的刀具材料，特别是刀具涂层材料为了满足高速干切的需求，必须再一步提高涂层材料的耐磨性和韧性。为应对难加工材料，还需提高刀具材料的抗粘结磨损的能力以及涂层的结合力。

AlTiN涂层能显著提高刀具的高温抗磨损性，一般采用PVD(物理气相沉积)方法制备。然而PVD方法制备的面心立方结构的AlTiN涂层Al含量不可能超过0.67，因此限制了涂层在高温切削环境下的应用。采用CVD(化学气相沉积)技术，可以制备超高Al含量的面心立方结构的AlTiN涂层(Al原子比最高可达0.91)。涂层具有更加的优异的抗高温氧化性能、抗磨损能力和抗裂纹能力。

现有技术中有一种铝含量高于75％且包含纤锌矿结构的AlTiN涂层和制备方法。该方法在没有等离子体激发的情况下，采用CVD方法，以NH₃和/或N₂H₄作为反应性氮化物，制备了AlTiN涂层，且涂层中氯含量控制在0.05～0.9at％范围内。由于涂层Al含量很高(最高达93％)，可显著提升AlTiN涂层的耐磨性和高温抗氧化性。

AlTiSiN涂层是在AlTiN涂层的基础上发展起来的，添加Si元素之后，涂层最显著的变化是微观组织结构——柱状晶的组织结构调控成非晶态的Si_xN_y包覆纳米级fcc-AlTiN结构，通过Si等元素的加入，涂层硬度可达到20-80Gpa，进而可以显著提升涂层的高温硬度及耐磨性。采用CVD方法制备AlTiSiN涂层，可以使得涂层中铝含量大于0.67，突破PVD方法制备单一立方相涂层铝含量的限制，提高涂层的高温抗氧化性能及高温抗磨损性。

然而AlTiN层及AlTiSiN层复合结构由于界面微观结构存在很大的差异，一个是柱状晶结构，另一个是非晶包裹纳米晶结构，导致界面结合力达不到实际应用的要求，此外AlTiSiN层硬度高导致涂层韧性下降也给实际切削应用带来过早崩损的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决带涂层切削刀具中AlTiN层与AlTiSiN层之间结合力弱的问题。

本申请方案提供一种带涂层的切削刀具，包括：基体以及采用化学气相沉积方法沉积并具有0.5～20μm总厚度的多层耐磨涂层；所述多层耐磨涂层由内至外依次包括：至少一层钛化合物层和至少一层周期性涂层，所述周期性涂层由AlTiN层与AlTiSiN层交替沉积形成，所述AlTiN层与所述AlTiSiN层之间设有过渡层；所述过渡层由AlTiN或AlTiSiN构成，且其Si含量由所述AlTiN层至所述AlTiSiN层呈现梯度递增。

进一步地，所述过渡层的厚度为0.1μm～0.2μm，所述过渡层的成分由AlTiSi_αN通式表述，式中Si含量α由所述AlTiN层一侧的0％逐渐过渡到另一侧的所述AlTiSiN层的Si含量，所述过渡层的微观结构也相应由柱状结构过渡到Si_xN_y非晶包裹高铝fcc-AlTiN纳米晶结构。

进一步地，所述周期性涂层的重复周期为8～12。