[发明专利]具有氧化物涂层的切削刀具

说明书

本发明涉及一种用于切削成形机械加工的具有涂层的切削刀具。

关于在切削刀具上的氧化铝的化学汽相淀积法(CVD)已有超过15年的工业实践。Al₂O₃及其它难熔材料的磨损性能已在文献中广泛地讨论过。

CVD技术也已用于生产其它金属氧化物、碳化物和氮化物的涂层，这些金属选自元素周期表中第ⅣB、ⅤB和ⅥB族的过渡金属。其中许多成分被发现作为耐磨损或保护性涂层的实际应用，但没有几种能象TiC、TiN和Al₂O₃那样极为注目地被公认。

具有各种类型Al₂O₃涂层，例如纯κ-Al₂O₃、κ-和α-Al₂O₃的混合物以及极粗粒化的α-Al₂O₃涂层的硬质合金切削刀具已以工业规模生产许多年。Al₂O₃以各种不同相态：α、κ、γ、β、θ等结晶。在耐磨损Al₂O₃-涂层的CVD中最经常发生的二种相态是热力学稳定的、六角形的α-相和亚稳的k-相。一般说来，κ-相是细粒化的，其粒度范围为0．5～2．0μm并常常显示出柱状涂敷形态。而且，κ-Al₂O₃涂层没有结晶缺陷并没有微孔或气孔。

α-Al₂O₃晶粒通常较粗大，根据沉积条件其粒径在1～6μm范围内。在这种情况下，多孔性和结晶缺陷更为常见。

在淀积到切削刀具上的CVD氧化铝涂层中常常存在α-和κ-相这两相。在工业规模生产的切削刀具中，总是将Al₂O₃涂敷在碳化物或陶瓷基质的TiC涂层上(参看如美国专利NO．3，837，896，新版美国专利No．29，420)，因此TiC-表面和氧化铝涂层之间的界面化学反应尤其重要。由于这个原因，TiC层也应理解为包括具有化学结构式为TiCxNyOz的层，式中TiC中的碳完全或部分地被氧和／或氮取代。

例如在美国专利新版本No．29，420和美国专利NOS，4，399，168；4，018，631；4，490，191和4，463，033中证明了用氧化物涂敷硬质合金切削工刀的实践可进一步提高它的耐磨损性其本身是众所周知的。这些专利文献公开了氧化物涂敷体和例如硬质合金的TiC涂层进行怎样不同的预处理，则会增强随后淀积的氧化物层的粘附性。在美国专利No．3，736，107；5，071，696和5，137，774中进一步公开了氧化铝涂敷体，其中Al₂O₃层包括α，κ有关的α+κ组合物。

美国专利4，619，866叙述了一种在CVD淀积温度为1000～1050℃、浓度范围为0．01～0．2％时掺杂物例如硫化氢(H₂S)的影响下，通过利用金属卤化物的水解反应生产快速生长的Al₂O₃层的方法。

在这些工艺条件下，主要产生Al₂O₃的两种相态，α-和κ相。结果生成的涂层由较小的κ-晶粒和较大的α-晶粒的混合物组成。这种工艺流程得到的涂层围绕涂敷体具有均匀的层厚分布。

瑞典专利申请9101953-9公开了一种使细粒的κ-氧化铝涂层生长的方法。

瑞典专利申请No．920 3852-0公开了一种获得一种细粒化的、(012)-织构的α-Al₂O₃涂层的方法。业已发现这种特殊的Al₂O₃涂层涂敷在硬质合金刀具上用于铸铁的机械加工尤其有效。

瑞典专利申请No．930 4283-6公开了一种具有涂层的基体，该涂层包括一层或多层难熔层，其中至少一层是在(110)方向上具有α-Al₂O₃织构的层。氧化铝层基本上没有涂却裂纹并包含长度为2-8μm和长／宽比为1-10的层状晶粒。