專利名稱：Cvd涂覆的多晶立方氮化硼切削刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有通過化學氣相沉積(CVD)施加的涂層的切削刀具，并且更具體地涉及CVD涂覆的多晶立方氮化硼(PcBN)切削刀具。
背景技術(shù)：
切削刀具已在有涂覆和無涂覆兩種情況下用于對不同金屬和合金進行機加工。為了提高切削刀具的耐磨損性和使用壽命，已經(jīng)將ー層或多層耐火材料施加到切削刀具表面上。例如，已經(jīng)通過CVD將TiC、TiCN, TiOCN, TiN和Al2O3施加到燒結(jié)碳化物基體上。Al2O3或氧化鋁作為用于切削刀具的涂層具有特別的吸引力。氧化鋁顯示出不同的晶相，包括α、K、Υ、β和Θ，其中α和K相在CVD涂覆的燒結(jié)碳化物切削刀具上最常見。α-氧化鋁由于其在切削應(yīng)用中遇到在不同溫度下的熱力學穩(wěn)定性和常規(guī)化學惰性已被證明是ー種理想的涂層。但是，α-氧化鋁的沉積越來越困難，并且往往對沉積條件和切削刀具基體的化學特性敏感。例如，現(xiàn)有文獻已經(jīng)證明在氧化鋁沉積之前需要充分氧化碳化鈦表面，以誘導(dǎo)α-相的形成。TiC表面的不充分氧化導(dǎo)致K-氧化鋁或Κ和α相的混合物的生成，例如，見Vourinen, S.(弗羅里尼),Thin Solid Films (固體薄膜)，193/194 (1990) 536-546和 Layyous (蕾奧斯)等人，Surface and Coatings Technology (表面與涂層技術(shù))，56 (1992) 89-95。此外，燒結(jié)碳化物基體上的α -氧化鋁涂層已經(jīng)顯示出由層離和其他降解途徑導(dǎo)致涂層過早失效的重要附著問題。燒結(jié)碳化物上的α-氧化鋁涂層中的附著問題歸因于在α -氧化鋁沉積過程中涂層與基體之間顯著發(fā)展的界面孔隙率，例如，見Chatfield (查特菲爾德)等人，Journal de Physique (物理學雜志)，Colioque (合訂本)C5, supplementau η (增刊)5, Tome (卷)50 卷，mai (5 月)1989。針對這些發(fā)現(xiàn)，已廣泛地研究和開發(fā)α-氧化鋁粘合層。附合層設(shè)置在燒結(jié)碳化物基體的表面上，以確保α -氧化鋁的成核和生長，并減輕或消除界面孔隙的發(fā)展，例如，見 Halvarsson (哈爾瓦松)等人，Surface and Coatings Technology (表面與涂層技術(shù))，68/69 (1994) 266-273 和Halvarsson (哈爾瓦松)等人，Surface and Coatings Technology(表面與涂層技術(shù))76/77 (1995) 287-296?；诙嗑Я⒎降?PcBN)的切削刀具因cBN的高硬度和高熱穩(wěn)定性(高達約9800C )日漸流行。例如，在對表面硬化鋼和完全硬化鋼、超耐熱合金、冷硬鑄鐵和灰ロ鑄鐵進行機加工的應(yīng)用中都看到PcBN切削刀具。另外，基于PcBN的切削刀具可對于清潔的機加工過程實行無潤滑運行，從而節(jié)省冷卻劑、維修和清理成本。與燒結(jié)碳化物相似，基于PcBN基體的切削刀具也可以通過應(yīng)用不同的耐火涂層而受益。例如，PcBN切削刀具基體已配有TiCN、Ti0CN、TiN和Al2O3涂層。然而，當使用燒結(jié)碳化物時，α -氧化鋁在PcBN切削刀具基體上的沉積發(fā)生在一個或多個中間層在基體上 的使用過程中，包括結(jié)合層或改性層。授予Gates(蓋茨)等人的美國專利7，455，918披露了 PcBN切削刀具，其中α -氧化鋁是沉積在PcBN基體和α -氧化鋁層之間存在的改性層上。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述內(nèi)容，在ー個方面中，本發(fā)明提供了包括ー個PcBN基體的涂覆的切削刀具，其中一個單相α-氧化鋁層通過化學氣相沉積而直接沉積在該基體的ー個或多個表面上。在某些實施方案中，在此描述的一種涂覆的切削刀具包括一個基體和附著到該基體上的一個涂層，該基體包括大于80重量百分比的PcBN，并且該涂層包括通過化學氣相沉積而直接沉積在該基體的ー個表面上的一個單相α-Α1203層。在某些實施方案中，被直接沉積在包括大于80重量百分比的PcBN的基體的ー個表面上的一個單相O-Al2O3層具有大于70N的臨界負荷(L。)。此外，在某些實施方案中，在此說明的ー個切削刀具的涂層進ー步包括沉積在該単相Q-Al2O3層上的ー個或多個MOxCyNz層，其中M是選自由元素周期表的IVB族、VB族和 VIB族的金屬元素組成的組中的ー種金屬，并且x+y+z = I。在某些實施方案中，一個或多個MCxOyNz層是通過CVD或物理氣相沉積(PVD)沉積在該單相a -Al2O3層上。在另一方面中，在此說明了生產(chǎn)涂覆的切削刀具的方法。在某些實施方案中，生產(chǎn)涂覆的切削刀具的ー種方法包括提供ー個切削刀具基體(該切削刀具基體包括大于80重量百分比的PcBN)，并且通過化學氣相沉積而在該基體的表面上直接沉積ー個單相α-Α1203層。在某些實施方案中，生產(chǎn)涂覆的切削刀具的ー種方法進ー步包括在該單相a -Al2O3層上沉積ー個或多個MOxCyNz層，其中M是選自元素周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬元素所組成的組中的ー種金屬，并且x+y+z = I。在某些實施方案中，通過CVD或PVD沉積了ー個或多個MOxCyNz層。在另一方面中，在此說明了切削金屬的方法。在某些實施方案中，切削金屬的一種方法包括提供ー個金屬エ件并用一種涂覆的切削刀具來切削該金屬エ件，該涂覆的切削刀具包括ー個基體以及附著到該基體上的一個涂層，該基體包括大于80重量百分比的PcBN，并且該涂層包括通過化學氣相沉積而直接沉積在該基體的ー個表面上的一個單相a-Al2O3層。在某些實施方案中，該切削刀具的涂層進一歩包括如在此說明的被沉積在該単相a -Al2O3層上的ー個或多個MOxCyNz層。在下面的詳細說明中更加詳細地說明了這些和其他實施方案。


圖I展示了根據(jù)在此說明的一個實施方案的一個涂覆的切削刀具的基體。圖2展示了根據(jù)在此說明的一個實施方案的一個涂覆的切削刀具的基體。圖3展示了根據(jù)在此說明的一個實施方案的一個涂覆的切削刀具的基體。圖4展示了根據(jù)在此說明的一個實施方案的一個涂覆的切削刀具的X射線衍射圖。圖5展示了根據(jù)在此描述的ー個實施方案的一個涂覆的切削刀具的單相a -Al2O3層自上而下的掃描電子顯微圖像(SEM)。圖6展示了根據(jù)在此說明的一個實施方案的一個涂覆的切削刀具本體的X射線衍射圖。
圖7展示了根據(jù)在此說明的一個實施方案的一個涂覆的切削刀具的単相a -Al2O3層自上而下的SEM。
具體實施例方式通過參考以下詳細說明和實例以及它們的上述和以下說明可以更容易地理解在此說明的實施方案。但是，在此說明的元素、設(shè)備和方法并不限于在這些詳細說明和實例中提及的具體實施方案。應(yīng)該認識到這些實施方案僅是本發(fā)明原理的展示。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍而做出的許多修改和修正，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是不言而明的。 在ー個方面中，本發(fā)明提供了包括ー個PcBN基體的涂覆的切削刀具，其中ー個單相α-氧化鋁層通過化學氣相沉積而直接沉積在該基體的ー個或多個表面上。在某些實施方案中，在此說明的一種涂覆的切削刀具包括ー個基體以及附著到該基體上的ー個涂層，該基體包括大于80重量百分比的PcBN，并且該涂層包括通過化學氣相沉積而直接沉積在 該基體的ー個表面上的一個單相a -Al2O3層?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向在此說明的一個涂覆的切削刀具的成分，在此說明的一種涂覆的切削刀具包括ー個PcBN基體。在此說明的涂覆的切削刀具的PcBN基體包括大于80重量百分比的PcBN0例如，在某些實施方案中，一個涂覆的切削刀具的基體包括至少約85重量百分比的PcBN0在某些實施方案中，一個涂覆的切削刀具的基體包括至少約90重量百分比的PcBN。在某些實施方案中，一個基體包括至少約95重量百分比的PcBN。在某些實施方案中，在此說明的一個涂覆的切削刀具的基體包括的PcBN量的范圍是從大于80重量百分比至約97重量百分比。在某些實施方案中，一個基體包括的PcBN量的范圍是從約85重量百分比至約95重量百分比。在某些實施方案中，一個基體除PcBN之外還包括一種陶瓷或金屬附合剤。在某些實施方案中，適合用于在此說明的一個涂覆的切削刀具的基體中的陶瓷附合劑包括鈦、鎢、鈷或鋁的氮化物類、碳氮化物類、碳化物類和/或硼化物類。例如，在某些實施方案中，ー個基體包括AIN、AlB2或它們的混合物的ー種附合剤。在某些實施方案中，用于PcBN基體的一種適合的金屬附合劑包括鈷。此外，在某些實施方案中，ー個基體可以包括任意上述陶瓷或金屬附合劑的固溶體。在此說明的ー個PcBN基體的成分確定可以通過X射線衍射(XRD)來進行?？梢愿鶕?jù)切削刀具幾何形狀來分析該切削刀具基體的前刀面或側(cè)刀面。對于在此說明的ー個PcBN基體的組成相分析，可使用裝配有一個Eulerean cardie (尤拉環(huán))的一個PANalyticalXpert MRD衍射系統(tǒng)和用于PcBN壓緊件和尖端的微聚焦光學器件，或裝配有用于分析PcBN的整體實心片的可編程光學器件的ー個PANalytical Xpert MPD0兩種χ射線衍射系統(tǒng)都構(gòu)造為具有聚焦光束光學器件，并裝配有ー個銅X射線管，以及45KV和40MA的操作參數(shù)。為了分析整體實習片，PANalytical MRD裝配有可編程的發(fā)散狹縫和可編程的反散射狹縫。χ射線光束寬度由適當?shù)难谏w物尺寸控制，并且χ射線光束長度使用可編程的光學器件固定在2mm。PANalytical MPD裝配有一個線性帯狀固態(tài)χ射線檢測器和鎳β過濾器。PANalytical Xpert MRD系統(tǒng)構(gòu)造為具有ー個100亦或500焦點的微聚焦單毛細管光學器件根據(jù)PcBN壓緊件的尺寸具有。PANalytical MRD裝配有ー個線性帶狀固態(tài)χ射線檢測器和鎳β過濾器。選擇分析掃描范圍、計數(shù)時間和掃描速率，以提供用于Rietveld(里特沃爾德)分析的最佳數(shù)據(jù)。擬合一個背景輪廓，并在PcBN基體衍射數(shù)據(jù)上進行峰值搜索，以識別所有的峰值位置和峰值強度。峰值位置和強度數(shù)據(jù)被用來使用任何商業(yè)可獲得的晶相數(shù)據(jù)庫來識別該PcBN基體的晶相組成。對于存在于該基體中的每個晶相輸入晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。典型的Rietveld(里特沃爾德)精修參數(shù)設(shè)置為樣品幾何形狀平板線性吸收系數(shù)通過平均的樣品組成計算得出加權(quán)方式以大對象為標準
輪廓函數(shù)偽沃伊特函數(shù)輪廓基礎(chǔ)寬度選自每個樣品最小ニ乘類型牛頓拉夫遜算法極化系數(shù)I. ORietvelcK里特沃爾德)精修精修典型地包括樣品移位移動樣品以與χ射線對齊背景輪廓被選擇為最好地描述衍射數(shù)據(jù)的背景輪廓尺度函數(shù)每個相的尺度函數(shù)B總長度應(yīng)用到相中的所有原子上的移位參數(shù)晶胞參數(shù)a、b、c以及α、β、和YW參數(shù)描述峰值的FWHM (半最大值寬度)實現(xiàn)ー個可接受的擬合優(yōu)度的任何附加參數(shù)具有在此說明的組成參數(shù)的PcBN基體可設(shè)置在不同的構(gòu)造中。例如，在某些實施方案中，一個涂覆的切削刀具包括一個整體實心片的PcBN基體。在某些實施方案中，ー個PcBN基體是設(shè)置為通過硬釬焊或其他接合技術(shù)附接到一個支撐體上的一個壓緊件或鑲片。在某些實施方案中，ー個PcBN基體是在ー個支撐體上的完整的頂部切削鑲片。圖I展示了根據(jù)在此說明的一個實施方案的一個涂覆的切削刀具的ー個整體實心片的PcBN基體。PcBN基體10包括ー個側(cè)表面12和一個前刀面14，其中側(cè)表面12和前刀面14相交以提供ー個切削刃16。該基體還包括ー個孔18，該孔可用作將基體10固定到一個刀夾具上。圖2展示了根據(jù)ー個實施方案的一個涂覆的切削刀具的PcBN基體，其中該PcBN基體設(shè)置為通過硬釬焊或其他技術(shù)接合到一個支撐體上的一個壓緊件或鑲片。如圖2所展示，切削刀具20包括一個支撐體22，該支撐體具有在支撐體22的相對拐角中的凹ロ 24、26。在某些實施方案中，支撐體22包括ー種金屬碳化物，如具有一種鈷附合劑的碳化鎢。一個PcBN基體28設(shè)置為通過硬釬焊或其他技術(shù)附合在每個凹ロ 24、26中的一個壓緊件或鑲片。PcBN基體28具有一個前刀面30和至少ー個側(cè)表面32。ー個切削刃34是形成在前刀面30和至少ー個側(cè)表面32的連接處。在圖2的實施方案中的切削刀具進ー步包括ー個孔36，該孔可有助于將切削刀具20連接到一個刀夾具上。圖3展示了根據(jù)ー個實施方案的一個涂覆的切削刀具的ー個PcBN基體，其中該PcBN基體設(shè)置為一個支撐體的頂表面上的ー個鑲片。如圖3所展示，切削刀具50包括ー個支撐體52，該支撐體具有ー個頂表面54。例如，在某些實施方案中，支撐體52包括ー種金屬碳化物，如具有一種鈷附合劑的碳化鎢。PcBN基體58通過硬釬焊或其他接合技術(shù)連接到支撐體52的頂表面54上。PcBN基體58包括一個前刀面62和至少ー個側(cè)表面64，其中一個切削刃66是形成在前刀面62和至少ー個側(cè)表面64的連接處。如在此所說明的，附著在該PcBN基體上的一個涂層包括通過化學氣相沉積而直接沉積在該PcBN基體的表面上的一個單相a -Al2O3層。在被直接沉積在該PcBN基體的一個或多個表面上的過程中，該單相Ci-Al2O3層不存在于改性層、粘合層或任何其他中間層上。 在某些實施方案中，該單相a-Al2O3層具有至少約2μπι的厚度。在某些實施方案中，該單相Ci-Al2O3層具有至少約5μπι的厚度。在某些實施方案中，該單相α-Α1203層具有至少約10 μ m或至少約15 μ m的厚度。在某些實施方案中，被直接沉積在該PcBN基體的ー個表面上的一個單相a -Al2O3層具有范圍從約2 μ m至約20 μ m的厚度。在某些實施方案中，該單相a-Al2O3層具有范圍從約5μπι至約15μπι的厚度。在某些實施方案中，該單相α-Α1203層具有范圍從約3μπι至約10 μ m的厚度。在某些實施方案中，該單相a -Al2O3層具有范圍從約O. 2 μ m至約5 μ m的平均粒徑。在某些實施方案中，該單相Ci-Al2O3層具有范圍從約O. 5μπι至約2μπι的平均粒徑。在某些實施方案中，該單相Ci-Al2O3層具有范圍從約I μ m至約3μπι的平均粒徑。通過在5000倍放大下對a -Al2O3層采用自上至下的SEM圖像來確定在此說明的一個單相a -Al2O3層的粒徑。在SEM圖像上沿一個隨機方向畫一條線，并且通過以下公式計算粒徑粒徑=IV(N-I)其中L是該線的長度，并且N是被該線橫切的晶界的數(shù)目。對于該Ci-Al2O3層的五(5)個SEM圖像重復(fù)上述測量，并且對所得到的粒徑值取平均值以提供平均粒徑。在某些實施方案中，該單相α-Α1203層的晶粒顯示出ー種柱狀結(jié)構(gòu)。此外，在某些實施方案中，在該單相a -Al2O3層的表面處晶粒顯示出ー種多面體形態(tài)。在某些實施方案中，在該單相α-Α1203層的表面處晶粒顯示出ー種形狀，該形狀在平行于該Q-Al2O3層的表面的ー個平面中具有至少2的長寬比。長寬比(如在此所使用的)是指在平行于該Ci-Al2O3層的表面的ー個平面中的晶粒長度除以在平行于該Ci-Al2O3層的表面的ー個平面中的晶粒寬度。在某些實施方案中，在該α-Α1203層的表面處晶粒具有至少5或至少10的長寬比。在某些實施方案中，在該a -Al2O3層的表面處晶粒具有范圍從約2至約20或從約5至約15的長寬比。在某些實施方案中，在該a -Al2O3層的表面處晶粒具有范圍從約2至約10的長寬比。在某些實施方案中，可通過在5000倍放大下對表面采用自上至下的SEM來確定該単相a-Al2O3層表面處的晶粒形態(tài)。在此進ー步討論的圖5和圖7提供了多個SEM，從中可以識別在該單相a -Al2O3層的表面處的晶粒形態(tài)。在某些實施方案中，在此說明的ー個切削刀具的涂層進ー步包括被沉積在該單相a -Al2O3層上的ー個或多個MOxCyNz層，其中M是選自元素周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬元素所組成的組中的ー種金屬，并且x+y+z = I。在某些實施方案中，M選自Ti、Zr和Hf所組成的組。在某些實施方案中，例如，ー個TiN層被沉積在該単相Ci-Al2O3層上。在某些實施方案中，ー個TiCN或TiOCN層被沉積在該単相Ci-Al2O3層上。在某些實施方案中，ー個或多個MOxCyNz層通過CVD或物理氣相沉積(PVD)被沉積在該單相a -Al2O3層上。在某些實施方案中，ー個或多個MOxCyNz層可具有與本發(fā)明目的相符任何厚度。在某些實施方案中，ー個MOxCyNz層具有至少約O. 5 μ m的厚度。在某些實施方案中，ー個MOxCyNz層具有范圍從約O. 5 μ m至約5 μ m或從約I μ m至約3 μ m的厚度。在某些實施方案中(其中ー個或多個MOxCyNz層被沉積在該單相a -Al2O3層上)，該(這些可被蝕刻掉以露出用于晶粒形態(tài)SEM分析的該單相a -Al2O3層的表面。在某些實施方案中，包括一個單相a -Al2O3層(該單相a -Al2O3層與在此說明的ー個PcBN切削刀具基體直接接觸)以及被沉積在該a -Al2O3層上的一個可選MOxCyNz層的涂層顯示出大于60Ν或大于65Ν的臨界負荷(L。)。在某些實施方案中，該涂層具有大于70Ν的臨界負荷(L。)。在此詳述的關(guān)于涂層的L。值是根據(jù)ASTM C1624-05-關(guān)于附著強度的標準測試，通過Quantitative Single Point Scratch Testing(定量單點劃痕試驗)確定的，其中使用了 10N/mm的遞增加載速率。在某些實施方案中，包括一個單相a -Al2O3層(該單相a -Al2O3層與在此說明的ー個PcBN切削刀具基體直接接觸)以及被沉積在該a -Al2O3層上的一個可選MOxCyNz層的涂層具有至少約390Gpa的模量(E)。在某些實施方案中，該涂層具有至少約400Gpa的模量。在某些實施方案中，該涂層具有范圍從約380Gpa至約420Gpa的模量。在某些實施方案中，包括一個單相a -Al2O3層(該單相a -Al2O3層與在此說明的ー個PcBN切削刀具基體直接接觸)以及被沉積在該a -Al2O3層上的一個可選MOxCyNz層的涂層具有至少約20Gpa的納米硬度。在某些實施方案中，該涂層具有至少約24Gpa的納米硬度。在某些實施方案中，該涂層具有范圍從約15Gpa至約30Gpa或從約20Gpa至約25Gpa的納米硬度。在此詳述的涂層模量和納米硬度值是根據(jù)ISO標準14577，使用維氏壓頭，以Fischerscope HM2000進行的納米壓痕測試而確定的。壓痕深度設(shè)置為O. 25 μ m。 在另一方面中，在此說明了生產(chǎn)涂覆的切削刀具的方法。在某些實施方案中，生產(chǎn)涂覆的切削刀具的ー種方法包括提供ー個切削刀具基體(該切削刀具基體包括大于80重量百分比的PcBN)并且通過化學氣相沉積在該基體的表面上直接沉積ー個單相Ci-Al2O3層。在某些實施方案中，生產(chǎn)涂覆的切削刀具的ー種方法進ー步包括在該單相Ci-Al2O3層上沉積ー個或多個MOxCyNz層，其中M是選自元素周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬元素所組成的組中的ー種金屬，并且x+y+z = I。在某些實施方案中，通過CVD或PVD沉積了ー個或多個MOxCyNz層。在此處說明的方法的某些實施方案中，一個涂覆的切削刀具基體可以包括在此詳述的用于該基體的任何PcBN含量。此外，在此說明的方法的某些實施方案中，該單相a -Al2O3層可以包括以上詳述的用于ー個単相a -Al2O3層的任何組成、化學和/或物理性能。另外，在某些實施方案中，ー個或多個MOxCyNz層可以包括以上詳述的用于ー個MOxCyNz層的任何組成、化學和/或物理性能。在某些實施方案中，在該PcBN基體的ー個表面上直接沉積ー個單相Ci-Al2O3層包括改變沉積a -Al2O3的速率。在某些實施方案中，改變沉積a -Al2O3的速率包括從ー個較低的a-Al2O3沉積速率轉(zhuǎn)變到一個較高的α-Α1203沉積速率。在某些實施方案中，ー個較高的a -Al2O3沉積速率比一個較低的a -Al2O3沉積速率大I. 5倍。在某些實施方案中，改變沉積Ci-Al2O3的速率包括從ー個較高的Ci-Al2O3沉積速率轉(zhuǎn)變到一個較低的Ci-Al2O3沉積速率。在某些實施方案中，在該PcBN基體的ー個表面上直接沉積ー個單相Q-Al2O3層包括改變a -Al2O3的沉積溫度。在某些實施方案中，改變沉積溫度包括從ー個較高的a -Al2O3沉積溫度轉(zhuǎn)變到一個較低的Q-Al2O3沉積溫度。在某些實施方案中，這個較高的Q-Al2O3沉積溫度與這個較低的Q-Al2O3沉積溫度之間的差值是至少50°C。在某些實施方案中，這個較高的Q-Al2O3沉積溫度與這個較低的α-Α1203沉積溫度之間的差值是至少130°C。在某些實施方案中，這個較高的a -Al2O3沉積溫度與這個較低的a -Al2O3沉積溫度之間的差值的范圍是從約50°C至約150°C。在某些實施方案中，這個較高的a-Al2O3沉積溫度與這個較低的Q-Al2O3沉積溫度之間的差值的范圍是從約50°C至約130°C。在某些實施方案中，從ー個較高的Q-Al2O3沉積溫度轉(zhuǎn)變到一個較低的a-Al2O3沉積溫度包括從高溫(HT)a -Al2O3沉積轉(zhuǎn)變到中溫(MT) a -Al2O3沉積。 可替代地，在某些實施方案中，改變沉積溫度包括從ー個較低的沉積溫度轉(zhuǎn)變到一個較高的沉積溫度。在該PcBN基體的ー個表面上直接沉積ー個單相Q-Al2O3層的某些實施方案中，包括如以上所述的改變a -Al2O3的沉積速率和沉積溫度。在另一方面中，在此說明了切削金屬的方法。在某些實施方案中，切削金屬的一種方法包括提供ー個金屬エ件并用一種涂覆的切削刀具來切削該金屬エ件，該涂覆的切削刀具包括ー個基體以及附著到該基體上的一個涂層，該基體包括大于80重量百分比的PcBN，并且該涂層包括通過化學氣相沉積而直接沉積在該基體的ー個表面上的ー個單相Ci-Al2O3層。在某些實施方案中，該涂覆的切削刀具的涂層進一歩包括被沉積在該單相a -Al2O3層上的ー個或多個MOxCyNz層(如在此說明的)。在某些實施方案中，通過在此說明的一種涂覆的切削刀具來切削金屬是在沒有任何液體和/或潤滑劑的無潤滑條件下進行的。在某些實施方案中，ー個金屬エ件是選自灰ロ鑄鐵、表面硬化鋼和完全硬化鋼、超耐熱合金以及冷硬鑄鐵所組成的組。通過以下的非限制性實例進一歩展示這些和其他實施方案。實例I涂覆的切削刀具本體在此說明的一種涂覆的切削刀具是通過將包括90重量百分比的量值的PcBN和其余的Α1Ν/Α1Β2附合劑的一個整體實心片的基體(ANSI目錄號SNM433S0820)放置在具有一個軸向進給構(gòu)造的CVD設(shè)備中生產(chǎn)的。根據(jù)在表I中提供的エ藝參數(shù)將ー個単相a-Al2O3層直接沉積在該PcBN基體的ー個表面上。表I- a -Al2O3直接在PcBN切削刀具基體上的CVD沉積
權(quán)利要求
1.一種涂覆的切削刀具，包括 ー個基體，該基體包括大于80重量百分比的多晶立方氮化硼(PcBN);以及 一個涂層，該涂層附著在該基體上，該涂層包括通過化學氣相沉積而直接沉積在該基體的ー個表面上的一個單相a -Al2O3層。
2.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該基體包括至少90重量百分比的PcBN。
3.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該單相a-Al2O3層具有至少約2μ m的厚度。
4.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該單相Ci-Al2O3層具有范圍從約2μπι至約20 μ m的厚度。
5.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該單相α-Α1203層具有范圍從約O.2μπι至約5 μ m的平均粒徑。
6.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該單相Q-Al2O3層具有范圍從約O.5μπι至約2 μ m的平均粒徑。
7.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中在該單相Ci-Al2O3層的表面處的晶粒顯示出ー種多面體形態(tài)。
8.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中在該單相Ci-Al2O3層的表面處的晶粒在平行于該表面的ー個平面中具有大于2的長寬比。
9.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該涂層具有大于65N的臨界負荷(L。)。
10.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該涂層具有大于70N的臨界負荷(L。)。
11.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該涂層進ー步包括通過化學氣相沉積而沉積在該單相Q-Al2O3層上的ー個MOxCyNzM，其中M是選自元素周期表的IVB族、VB族和VIB族的金屬元素所組成的組中的ー種金屬，并且x+y+z = I。
12.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該涂層具有至少約23Gpa的納米硬度。
13.如權(quán)利要求I所述的涂覆的切削刀具，其中該涂層具有至少約380Gpa的模量。
14.一種制造涂覆的切削刀具的方法，包括 提供ー個基體，該基體包括大于80重量百分比的多晶立方氮化硼；并且 通過化學氣相沉積而直接在該基體的ー個表面上沉積ー個單相ct -Al2O3層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該基體包括至少90重量百分比的PcBN。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中沉積包括改變a-Al2O3的沉積速率。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中改變a-Al2O3的沉積速率包括從ー個較低的a -Al2O3沉積速率轉(zhuǎn)變到一個較高的a -Al2O3沉積速率。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中沉積包括改變a-Al2O3的沉積溫度。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中改變沉積溫度包括從ー個較高的a-Al2O3沉積溫度轉(zhuǎn)變到一個較低的a -Al2O3沉積溫度。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中沉積包括改變a-Al2O3的沉積速率和改變a -Al2O3的沉積溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及CVD涂覆的多晶立方氮化硼切削刀具。在一個方面中，本發(fā)明提供了包括一個PcBN基體的涂覆的切削刀具，其中一個單相α-氧化鋁層通過化學氣相沉積而被直接沉積在該基體的一個或多個表面上。
文檔編號B23B27/00GK102689027SQ20121007489
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者劉一雄, 班志剛 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司