涂層切削工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于金屬的切肩形成（chipforming)機(jī)械加工的涂層切削工具，所述 涂層切削工具包含具有利用化學(xué)氣相沉積（CVD)涂布的表面的基底。特別地，本發(fā)明涉及 具有包含至少一種細(xì)粒碳氮化鈦的CVD涂層的涂層切削工具。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于金屬的切削形成機(jī)械加工的切削工具，如圓角工具，即由耐久材料如硬質(zhì)合 金、金屬陶瓷、立方氮化硼或高速鋼制成的端銑刀、鉆頭等以及刀片，通常具有耐磨涂層以 延長切削工具的使用壽命。因?yàn)镃VD具有幾種優(yōu)點(diǎn)，所以經(jīng)常使用該技術(shù)涂布耐磨涂層。其 能夠?qū)崿F(xiàn)切削工具生產(chǎn)的大的生產(chǎn)量、復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)上的保形涂層，且能夠容易地被用于 沉積絕緣涂層例如氧化鋁。
[0003] 特別地，用于車削的硬質(zhì)合金切削工具通常用包含不同材料的層狀結(jié)構(gòu)的CVD涂 層進(jìn)行涂布以提供足夠的耐磨性，其中對各個層的組成、微結(jié)構(gòu)、織構(gòu)等進(jìn)行選擇以改進(jìn)用 于特定應(yīng)用的涂層的某些性質(zhì)?，F(xiàn)今使用的主要涂層包含：沉積在基底表面上的在下文中 稱作Ti(C，N，0)層的Ti基層，所述Ti(C，N，0)層包含一個或多個在下文中稱作TiC、TiN、 Ti(C,N)、Ti(C, 0)、Ti(C,N, 0)層的選自碳化鈦、氮化鈦、碳氮化鈦、碳氧化鈦和碳氮氧化鈦 的層；和沉積在Ti(C，N，0)層上的在下文中稱作A1203層的氧化鋁層。與高溫CVT(HTCVD) 方法相比，中溫CVD(MTCVD)方法已證明有利于Ti(C，N)層的沉積。
[0004]Larsson和Ruppi，ThinSolidFilms(固體薄膜）402 (2002) 203-210 公開了與使 用HTCVD沉積的Ti(C，N)涂層相比，使用MTCVD沉積在切削工具基底上的Ti(C，N)涂層的微 結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究。HTCVDTi(C，N)涂層顯示了無優(yōu)選生長方向的等軸晶粒和小于0. 2μπι 的平均粒度（grainsize)。相比之下，MTCVDTi(C，N)涂層在X射線衍射測量中顯示在下 文中稱作（422)織構(gòu)的相對大的TC(422)值，和寬度為約0.5μπι的柱狀晶粒。微結(jié)構(gòu)的 差異歸因于較低的溫度和腐蝕性前體如乙腈（CH3CN)。與HTCVDTi(C，N)涂層相比，MTCVD Ti(C，N)涂層具有較好的耐刃崩裂性，但耐凹坑磨損性較差。然而，特別是在包括間歇切削 操作的苛刻應(yīng)用如球墨鑄鐵的車削中，耐片狀剝落性對于MTCVDTi(C，N)涂層仍是關(guān)鍵的。
[0005]EP1 897 970A1公開了具有（422)織構(gòu)的柱狀Ti(C，N)層，利用包含乙腈、四氯化 鈦、氮和氫以及另外碳?xì)浠衔顲2H4或C3H6的前體，使用MTCVD方法沉積所述柱狀Ti(C，N) 層，所述前體據(jù)公開產(chǎn)生在柱狀Ti(C，N)層中包含的碳與碳和氮的總和的高原子比（C/ C+N)，即為至少0. 70,因此與根據(jù)以上的標(biāo)準(zhǔn)乙腈方法相比產(chǎn)生高硬度和提高的耐磨性。使 用這些前體形成的柱狀Ti(C，N)層被以0. 05~0. 5μm的平均粒寬（grainwidth)細(xì)?；?且具有高的耐破裂性。盡管硬度提高，但是該柱狀Ti(C，N)層的耐氧化性可能不足，特別是 對于在涂層中生成大量熱的切削操作如此。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個目的是提供在切削操作中性質(zhì)提高的涂層切削工具。本發(fā)明的另一 個目的是提供具有提高的耐磨性例如更高的耐片狀剝落性的涂層切削工具。本發(fā)明的另一 個目的是提供在灰鑄鐵和球墨鑄鐵的銑削中具有高性能的切削工具。
[0007] 通過根據(jù)權(quán)利要求1的切削工具實(shí)現(xiàn)了這些目的。在從屬權(quán)利要求中公開了優(yōu)選 實(shí)施方式。
[0008] 本發(fā)明涉及包含基底和涂層的涂層切削工具，其中所述涂層包含Ti(C，N)層， 所述Ti(C，N)層包含至少一個平均粒寬為0.05-0. 5μm、優(yōu)選0.05-0. 4μm、更優(yōu)選 0. 05-0. 25μπκ最優(yōu)選0. 1-0. 2μπι的柱狀MTCVDTi(C，N)層，在所述涂層切削工具的前刀 面上在具有與所述基底的表面法線垂直的表面法線的橫截面上，在所述MTCVDTi(C，N)層 的最下面和最上面的界面之間的中間位置處沿著與所述基底的表面平行的方向上的直線 測量所述平均粒寬。在例如通過電子微探針分析，沿著所述直線在間距為50μπι的10個位 置處使用電子微探針測量時，在所述MTCVDTi(C，N)層中包含的碳與碳和氮的總和的原子 比（ty(C+N))為0. 50-0. 65,優(yōu)選為0. 52-0. 60,更優(yōu)選為0. 54-0. 56。如使用CuK α射線所 測量的，所述MTCVDTi(C，N)層顯示X射線衍射圖案，其中織構(gòu)系數(shù)TC(hkl)被限定為：
[0010]其中I(hkl) = (hkl)反射的測量強(qiáng)度（峰面積），I。(hkl)=根據(jù)ICDD的TOF-卡 號42-1489的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，η=在計算中使用的反射數(shù)，使用的（hkl)反射是：（111)，（200)， (220)，（311)，（331)，（420)，（422)和（511)，并且其中TC(422)和TC(311)的總和為小于 或等于5. 5〇
[0011]與常規(guī)MTCVDTi(C，N)層相比，本發(fā)明的細(xì)粒（fine-grained)MTCVDTi(C，N)層的 一個優(yōu)點(diǎn)在于其能夠?qū)崿F(xiàn)光滑的表面。優(yōu)選地，本發(fā)明的MTCVDTi(C，N)層可具有平滑化 效果，即MTCVDTi(C，N)層的外表面具有比基底表面低的表面粗糙度Rz。本發(fā)明的MTCVD Ti(C，N)層的另一個優(yōu)點(diǎn)在于，尤其在銑削應(yīng)用中，耐熱裂紋性提高。根據(jù)本發(fā)明的切削工 具的另一個優(yōu)點(diǎn)在于在銑削應(yīng)用中的耐片狀剝落性提高。
[0012] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述柱狀MTCVDTi(C，N)層的平均厚度為2-7μm， 優(yōu)選為3-6μm，最優(yōu)選為3-5μm。
[0013] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述切削工具還包含A1203層。該A1 203層可以是 κ_A1203層、α_A1 203層或其混合物。
[0014] 在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的切削工具包含顯示X射線衍射圖案的α-A1203層，其 中織構(gòu)系數(shù)TC(hkl)被限定為：
[0016] 其中I(hkl) = (hkl)反射的測量強(qiáng)度（峰面積），I。(hkl)=根據(jù)ICDD的roF-卡 號10-0173的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，η=在計算中使用的反射數(shù)。
[0017] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述α-Α1203層的TC(104) >1. 5,優(yōu)選>2,更優(yōu)選>3， 最優(yōu)選 >4,其中使用的（hkl)反射是（104)、（110)、（113)、（024)、（116)、（214)、（300)和 (0012)。
[0018] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述α-A1203層的TC(110) >1. 5,優(yōu)選>2,更優(yōu)選>3， 最優(yōu)選 >4,其中使用的（hkl)反射是（104)、（110)、（113)、（024)、（116)、（214)、（300)和 (0012)。
[0019] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述α-A1203層的TC(113) >1. 5,優(yōu)選>2,更優(yōu)選>3， 最優(yōu)選 >4,其中使用的（hkl)反射是（104)、（110)、（113)、（024)、（116)、（214)、（300)和 (0012)。
[0020] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述α-A1203層的TC(024) >1. 5,優(yōu)選>2,更優(yōu)選>3， 最優(yōu)選 >4,其中使用的（hkl)反射是（104)、（110)、（113)、（024)、（116)、（214)、（300)和 (0012)。
[0021] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述α-A1203層的TC(116) >1. 5,優(yōu)選>2,更優(yōu)選>3， 最優(yōu)選 >4,其中使用的（hkl)反射是（104)、（110)、（113)、（024)、（116)、（214)、（300)和 (0012)。
[0022] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述α-Α1203層的TC(0012) >1.5,優(yōu)選>2,更優(yōu)選 >3,最優(yōu)選 >4,其中使用的（hkl)反射是（104)、（110)、（113)、（024)、（116)、（214)、（300) 和（0012)。
[0023] 在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，所述α-A1203層的TC(104)和TC(0012)的總和大于4， 優(yōu)選大于5,更優(yōu)選大于6,其中使用的（hkl)反射是（104)、（110)、（113)、（024)、（116)、 (214)、 （300)和（0012)。
[0024] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述α-Α1203層的平均厚度為1_8μπι，優(yōu)選為 2-6μm，最優(yōu)選為3-5μm。
[0025] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述涂層在其間和/或其上還包含一個或多個另外 的層，例如作為最外層沉積的有色層（colorlayer)。
[0026] 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述Ti(C，N)層還包含附加層，例如先于所述MTCVD Ti(C，N)層沉積在基底上的起擴(kuò)散屏障作用的TiN層。附加層的另一個實(shí)例是在沉積所述 A1203層之前沉積在所述MTCVDTi(C，N)層