[发明专利]粘结剂富集的有化学和物理气相沉积涂覆的切削刀具

说明书

本发明涉及有涂层的切削刀具领域，特别涉及有涂层的镶块切削刀具。该镶块在使用时可以承受反复地冲击，例如在铣削作业或其它断续切削操作时受到的冲击。

在各种金属切削的加工中，就切削镶块而言，铣削加工是最需要的操作。铣削包括以恒速除去间歇的切屑。刀头反复地进入工件进行切削并脱离工件，因此它不但承受机械的冲击还承受热冲击。这些冲击的大小依赖于切削的长度以及切削间的时间间隔。进刀和退刀参数也可以决定在刀具材料中产物的机械冲击的强度。当切削速度增加时，这些条件变坏。

在铣削作业中所使用的硬质合金切削镶块经常出现大量与切削刃相垂直的平行热裂纹。这些热裂纹本身不会限制刀具的寿命。然而，镶块也可能出现与切削刃平行的裂纹。这些裂纹被认为是同所施加的机械冲击引起的。热裂纹和机械裂纹的交叉可以导致刃口形成缺损并使刀具过早地损坏。

解决特定切削刃的几何形状的刃口缺损问题的最常见的方法是设计带有更高钴粘结剂含量的硬质合金基质。这种解决方法降低了刃口缺损，但又导致了另外的问题即切削刃的变形和/或侧面磨损。

过去，各种等级的硬质合金（不论是带涂层的还是不带涂层的）一直用于铣削应用中。不带涂层的铣削镶块的实例包括K2885镶块和K2884镶块，它们分别是含钴重量百分约为10.5%和8.5%的碳化钨基硬质合金刀具，并且两者都含各种不同水平的固溶碳化物形成元素钽，铌和钛。带涂层的铣削镶块的实例包括KC710镶块和KC720镶块，它们经物理气相沉积涂覆了一层残余压应力高的氮化钛层的碳化钨基硬质合金刀具。用于KC710和KC720刀具的基质分别含约8.5%和11.5%重量比的钴，并含有不同含量的固溶碳化物形成元素。

众所周知，PVD（物理气相沉积）涂层可用不同的技术涂覆到硬质合金基质上，例如离子涂镀法、磁力溅射法以及电弧蒸镀法。另外，每种技术都有很多改型。已经观察到这些技术及其改型导致PVD涂层刀具有不同的特性。根据沉积涂层所使用的恰当的技术，使得可能对诸如涂层硬度、剩余应力、与基质的作用或粘结等性质起正反作用。这些PVD技术和生成涂层的特性以及PVD涂层与化学气相沉积（CVD）涂层的比较情况被描述在以下文献中：

1.Buhl等人，“钢的氮化钛涂层”，Thin    Solid    Films，Vol.80（1981）265-270页;

2.Buhl等人，美国专利No.4，448，802（前述的本申请）使用的Balzers    AG公司的离子喷镀技术和设备）;

3.Munz等人，“一种在刀具上形成降低摩擦的硬氮化钛涂层的高效溅射方法”，Thin    Solid    Films，Vol.96（1982）79-86页;

4.Munz等人，美国专利No.4，426，267;

5.Kamacki等人，在用CVD和PVD方法涂覆氮化钛的硬质合金刀头中剩余应力及其在抗损坏方面效杲的比较，Surfacing    Journal    International，Vol.1，No.3（1986）82-86页;

6.Wolfe等人，“硬涂层在碳化物铣削刀具中的作用”，Journal    of    Vacuum    Science    Technology，A3（1986）2747-2754页;

7.Quinto等人，“用物理气相沉积和化学气相沉积涂覆的硬涂层的高温显微硬度”，Thin    Solid    Films，Vol.153（1987）19-36页;

8.Jindal等人，“在碳化钨-钴基质上化学气相沉积和物理气相沉积硬涂层的附着力的测量”，Vol.54（1987）361-375页;

9.Jindal等人，“硬涂层显微硬度与负荷的关系”，Surface    and    coatings    Technology，Vol    36（1988）683-694页;

10.Rickerby等人，“物理气相沉积硬涂层的方法和系统参数和结构和特性之间的相互关系”，Thin    Solid    Films，Vol.157（1988年2月）195-222页;

11.Quinto等人，“化学气相沉积和物理气相沉积碳化物刀具的机械性能、结构和其它性能”，Materials    Science    and    Engineering，A105/106（1988）443-452页。