[发明专利]含双层氧化物的复合涂层切削刀具

说明书

本发明公开了一种含双层氧化物的复合涂层切削刀具，包括刀具基体和在刀具基体上沉积的复合涂层，该复合涂层包括：至少一层氮化物底层、CrAlON过渡层、在过渡层上的AlCrO混晶结构氧化物层和在混晶结构氧化物层上的CrAlO单相结构氧化物层。该复合涂层切削刀具耐高温磨损性能好、抗冲击性能高、抗氧化性能良好、涂层之间及涂层与刀具基体之间结合强度高，实现了热稳定性、抗高温氧化性、耐磨性以及复合涂层层间结合力的协同提升，特别适用于硬质合金可转位刀片，同时也适用于金属陶瓷、非金属陶瓷等其他切削刀具材料。

技术领域

本发明属于金属切削加工领域，尤其涉及一种带有PVD氧化物的复合涂层的切削刀具。

背景技术

在切削刀具表面沉积高耐磨性和抗氧化性涂层可以大幅提高刀具的使用寿命并且满足高速、高效等恶虐加工条件需要。目前TiAlN涂层、CrAlN涂层、TiAlSiN涂层、CrAlSiN涂层其多层涂层由于具有良好的硬度和抗氧化性能及综合使用性能，是目前应用较为广泛的PVD涂层材料。随着切削技术的发展及被加工材料要求，对切削刀具涂层提出了更加苛刻的要求。传统的氮化物涂层一般在800～1000℃条件下就会发生明显的氧化现象，制约了涂层刀具的高温服役性能的进一步提升。由于氧化物不会被氧化的独特性质，其具有优异的抗高温氧化和隔热效果，被认为是一种非常理想的刀具涂层材料，目前在CVD涂层切削刀具领域获得了广泛的应用和关注，特别是高温稳定相钢玉结构Al₂O₃涂层的制备越来越成为主流。但是在PVD涂层切削刀具领域，目前商业化应用的氧化物涂层产品相对较少，一方面由于氧化物涂层的不导电特性造成工艺敏感性高、并且工业生产成本相对较高，另一方面现有低温PVD制备条件下的氧化物涂层整体性能不佳也制约了相关涂层技术的应用和推广。因此发展PVD氧化物涂层技术，提升现有PVD氮化物涂层抗高温性能成为了从事刀具涂层研究工作者所追求的目标。

早在1982年Shinzato等人发表了论文采用射频溅射技术高达900℃条件下在硬质合金切削工具表面采用射频溅射制备了氧化铝涂层。Knotek等人1993年的论文中也描述了使用Al₂O₃的PVD涂层用于磨损防护，其中Al₂O₃层沉积在碳氮化物层上的最表面。

美国专利文献6210726中公开了氧化铝涂层的切削刀具，其氧化物多晶为γ相晶体结构，并具有400或440晶体取向。

美国专利文献5310607中公开了PVD方法沉积的含有大于5％Cr元素的氧化铝涂层，其中当Cr元素含量大于20％的氧化铝涂层中可以发现大于20GP硬度和具有α相晶体结构，对于不添加Cr元素则呈现出无定型结构的氧化铝涂层。

中国专利文献CN 101522950 B介绍了一种用于涂覆工件的PVD层体系，其包括至少一层组成为(Me1_1-xMe2_x)₂O₃的多元氧化物的混晶层。

上述文献中通过PVD方法制备了氧化铝或多元复合氧化物涂层，较过去氮化物涂层提升了抗高温氧化性能，但是另一方面制备的氧化物涂层硬度值不高、韧性较差、晶体结构高温稳定性不够，并且由于氧化物层与氮化物底层之间涂层成分及涂层晶体结构上的明显差异造成的层间结合力较差，在实际的切削应用中容易造成涂层氧化物层的剥落和过早失效，对切削刀具综合性能的改善也十分有限。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种耐高温磨损性能、高抗冲击性能及良好抗氧化性能且改进了刀具基体与涂层间及涂层内层间结合力的复合涂层切削刀具。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种含双层氧化物的复合涂层切削刀具，包括刀具基体和在所述刀具基体上沉积的复合涂层，所述复合涂层包括：至少一层氮化物底层、CrAlON过渡层、在过渡层上的AlCrO混晶结构氧化物层和在混晶结构氧化物层上的CrAlO单相结构氧化物层。