[发明专利]切削工具刀件及其制备方法

说明书

                           发明领域

本发明涉及切削工具领域，尤其是涉及用于切削、铣、钻孔和其它用途如钻车、套孔、车螺纹以及开槽的陶瓷涂覆过的硬质金属切削工具刀件(insert)的涂层。

                           发明背景

涂层能改进切削工具的性能尤其是在碳化物或硬质合金切削工具上的陶瓷或氧化物涂层。自从碳化物切削工具刀件已涂有例如氧化铝(Al₂O₃)陶瓷以来，一直在继续努力改进涂层与基体的粘合力。当开始将氧化铝涂层直接施加到碳化物或硬质合金型基体上时，氧化铝中的氧就会与基体发生反应而降低粘合力。

已知通过涂覆耐磨性的碳化物层可以改进由烧结硬质合金基体(用粘合剂金属粘结的金属碳化物)制成的工具刀件的性能。见UK专利1,291,387和1,291,388，这些专利公开了涂覆具有改进粘合力的碳化物涂层的方法；尤其是，控制沉积该碳化物时所用气体的组份以使之能在与耐磨性碳化物介面上的烧结硬质金属中形成脱碳区。然而，被称作η层的脱碳区会导致最终引起破裂的硬化和脆化。还已知，可在烧结金属的基体上涂覆陶瓷或氧化物耐磨涂层(通常为氧化铝)。然而，正如早已阐述过的，直接涂于烧结金属体上的氧化物层会毁坏烧结金属的组织和结合能力。有许多专利都曾公开过使用碳化物、碳氮化物和/或氮化物的中间层。见US专利4,399,168和4,619,866。中间的碳化钛(TiC)层可改进韧性但仍有η层存在，结果限制了涂覆过的切削刀具刀件在精加工中的使用。在TiC层之前先涂上氮化钛(TiN)层虽能消除η层但韧性仍然低于要求值。见US专利4,497,874。已提出用碳氮化钛(TiCN)中间层代替TiC中间层。见US专利4,619,866和4,399,168。还提出了在硬质合金基体和外面氧化物磨损层中间有一个由钽、铌和钒中的至少一种的碳化物或碳氧化物组成的薄表面氧化粘结层。见U.S专利4,490,191。

当用于提高涂层与胶合的碳化物基体的粘合力时，陶瓷涂层(Al₂O₃)对TiC和许多TiCN中间涂层并不能很好地粘合。由于热膨胀的不同，存在着分层的倾向。由热膨胀不同引起的应力，各涂层会完成得不一致。这些中间涂层的主要特征在于如图1所示介于中间涂层和氧化物层的直线界面。这一点将会导致弱粘接。通过使基体粗糙而稍稍提高粘合力，但是因粗糙产生的突出部分对于均匀性地完成来说其距离过大。

根据本发明，在硬质金切削工具上提供一种陶瓷涂层以提高耐磨性以及粘合强度。

                          发明概述

简单地说，根据本发明，可以提供一种包括至少具有两种耐磨涂层的硬质合金基体的切削工具刀件。涂层之一是陶瓷涂层。陶瓷涂层下面的中间涂层是由氮碳原子比介于约0.7和约0.95的碳氮化物组成，借此碳氮化物涂层形成联锁陶瓷涂层的钉齿，因此改善了陶瓷涂层的粘合力和疲劳强度。优选的是，碳氮化物中的氮碳原子比按X-射线衍射法测定是在约0.75-0.95之间。

按照本发明的一个实施方案，硬质合金切削工具刀件在硬质合金基体和氧化铝表面涂层之间具有两层中间涂层。靠近基体的涂层是1-4微米的氮化钛层。氮化钛层上面的涂层是2-4微米厚的碳氮化钛层和氧化铝涂层为1-10微米。

按最佳实施方案，切削工具刀件的硬质合金基体具有如下的四种涂层：2微米氮化钛内涂层，3微米碳氮化钛中间涂层，6微米氧化铝中间涂层，和2微米的Ti(C，N)，即TiC、TiN、TiCxNy外涂层。

对于用在碳氮化物涂层中来说钛并非是唯一的合适金属。除了钛以外，所述金属还可包括锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼和钨。

按照本发明，切削工具刀件基体代表性地含有来自铁族的3％-30％的粘合剂金属，包括除铁以外的镍和钴及其混合物以及介于70％-97％选自碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化钼、碳化锆和碳化铪中的一种碳化物。除了碳化物以外，切削工具刀件基体还可以包含氮化物。

按照最佳实施方案，切削工具刀件基体具有粘合剂相富集的表面层，也就是说，表面层富集有高百分比的钴或其它粘合剂金属。