[发明专利]一种具有梯度多层涂层的切削工具及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有梯度多层涂层的切削工具及其制备方法，包括基底和涂覆于基底的涂层，所述涂层包括CrN打底层和依次层叠在打底层上的CrON梯度层、AlCrON层、AlON层、Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;层；所述CrON梯度层的氧含量逐渐增加，且所述CrON梯度层中的最大O/N原子百分比接近或等于AlCrON层和AlON层中的O/N原子百分比。本发明的目的在于解决涂层刀具中Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;与氮化物涂层结合力较差的问题。

技术领域

本发明属于刀具制备领域，尤其涉及一种具有梯度多层涂层的切削工具及其制备方法。

背景技术

随着现代高性能材料制备技术的飞速发展，各种难加工材料的使用数量日益增多。难加工材料具有热传导率较低的特点，切削时产生热量很难扩散，致使刀具刃尖温度很高，切削刃受热影响非常明显，导致刀具材料高温下粘结强度下降，加速刀具磨损。此外，难加工材料与刀具材料的某些成分在切削高温条件下将产生化学反应，出现成分析出、脱落或生成其他化合物，也将加速刀具磨损。因而对切削工具的切削性能提出了更高要求，在切削工具表面涂覆硬质耐磨涂层是提升其使用寿命和加工效率的有效方法。

切削工具的涂层通常采用化学气相沉积(CVD)法和物理气相沉积(PVD)法制备，CVD方法可制备较厚的氧化物涂层，因而适用于高速、干式切削。但CVD法需要在高温(大于800℃)下制备，涂层拉应力大，而且制备成本高。PVD方法具有沉积温度更低，可制备的涂层种类更多，涂层为压应力的优点。但PVD制备涂层结合力适中，制备涂层较薄。两种方法都有各自的优缺点。可根据实际需求选用对应的涂层制备方法，或者两者组合制备涂层。

氧化物涂层，尤其是刚玉结构的Al₂O₃，具有抗高温、抗氧化、耐磨损、机械强度高、高温切削的条件下化学性质稳定的优点，被广泛用于金属切削工具涂层中。在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，任何材料都难以与Al₂O₃相媲美。但其物理、化学性质与基体的物理、化学性质相差甚远，因而不能直接将单一Al₂O₃沉积在基体上。将Al₂O₃与氮化物涂层结合形成多层涂层是提升涂层性能的有效方法，但Al₂O₃与氮化物涂层直接结合还存在结合力差的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决涂层刀具中Al₂O₃与氮化物涂层结合力较差的问题。

本申请方案提供一种具有梯度多层涂层的切削工具，包括：包括基底和涂覆于基底的涂层，所述涂层包括CrN打底层和依次层叠在CrN打底层上的CrON梯度层、AlCrON层、AlON层、Al₂O₃层；所述CrON梯度层的氧含量逐渐增加，且CrON梯度层中的最大O/N原子百分比等于AlCrON层和AlON层中O/N原子百分比。

进一步地，根据权利要求1所述的切削工具，其特征在于，所述AlCrON层中Al/Cr原子百分比取值范围0.4-2.4，所述Al₂O₃层为(006)晶面方向择优生长的密排六方刚玉结构Al₂O₃，织构系数TC(006)≥2.0，织构系数的定义如下：

式中：

I(hkl)为通过X射线衍射而测量到的(hkl)晶面的反射强度；

I₀为根据PDF卡号461212的衍射反射的标准强度；

n为计算中所用的反射晶面的数目；