專利名稱：：具有陶瓷涂層的切削刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及改良的涂層系統(tǒng)，并具體但不排它地涉及新穎的厚涂層及其制造方法，例如用于施加至適合的基材以提供具有增強(qiáng)性能比如更長工作壽命的切削工具(cuttingtool)、刀片(insert)及可更換的切削頭(cuttinghead)。
背景技術(shù)：
：.使用切削工具以通過切削、車削、銑削、鉆削等來加工金屬工件。為了確保有效率地將碎屑從工件上除去，同時確保切削工具的長工作壽命，要求切削工具刀片硬且韌。然而，硬度可能與脆度相關(guān)。由于即硬又韌，由硬質(zhì)陶覺顆粒在金屬基質(zhì)中構(gòu)成的復(fù)合材料是用于刀片的極受歡迎的選擇。已經(jīng)開發(fā)出許多這樣的陶瓷金屬復(fù)合材料或金屬陶瓷(cermet)。由碳化鎢晶粒在鈷基質(zhì)之中構(gòu)成的所謂硬質(zhì)金屬或燒結(jié)碳化物(cementedcarbide),具體為WC-Co，是選擇用來制造切削工具刀片以用于許多用途的材料。在加工中，刀片除去碎屑并使工件成形，但也將它們自身磨損掉。切削工具刀片的磨損發(fā)生在它們與所述工件的接觸表面，并通?？蓺w因于與該工件的力學(xué)、化學(xué)和熱相互作用。機(jī)床停機(jī)而更換刀片通常是昂貴的作業(yè)。許多研究涉及通過施加硬涂層而改善刀片的耐磨損性。硬度是塑性變形阻力的度量標(biāo)準(zhǔn)，并且硬度和耐磨損性之間具有關(guān)聯(lián)。雖然涂層增加了耐磨損性，但是它們常容易發(fā)生災(zāi)害性失效方式比如剝落等。涂層可通過一系列涂層技術(shù)而形成在刀片之上，所述涂層技術(shù)通常分類為PVD(物理氣相淀積)或CVD(化學(xué)氣相沉積)。PVD提供極良好的性能。涂覆是直接從出發(fā)點(diǎn)到接受點(diǎn)來進(jìn)行的(coatingisonlyline-of-sight)。PVD涂層的特征在于來自沉積加工的壓縮殘余應(yīng)力。由于涂層厚度增加時通過剝落所致涂層破壞的危險，PVD通常限制為薄涂層。CVD涂覆不是直接從出發(fā)點(diǎn)到接受點(diǎn)的(CVDcoatingsarenottoline-of-sight)。而且，沉積溫度典型地要比PVD技術(shù)的更高，這促進(jìn)在涂層和基材之間產(chǎn)生擴(kuò)散誘導(dǎo)的界面，這允許實(shí)現(xiàn)良好的粘附。事實(shí)上，良好的粘附是對刀片涂層的一個重要要求。此外，存在一些只對一種或其它涂層技術(shù)實(shí)用的材料和材料-基材組合。40多年來，CVD(化學(xué)氣相沉積)被用于涂覆刀片，由此改善它們在機(jī)械加工中的性能。TiN、TiC和TiC,N的涂層可以通過將四氯化鈦與其它氣體反應(yīng)并除去由此形成的氣態(tài)氯化物而沉積在合適的基材上TiCl4+N2+H2—TiN+氯化物和其它氣體；TiCl4+CH4+H2—TiC+氯化物和其它氣體；TiCl4+N2+CH4+H2—TiCN+氯化物和其它氣體。A1203涂層可以以類似的方式制備Al+HC1+H2—A1C13+H2;A1C13+H2+C02+H2S—A1203+氯化物和其它氣體，其中H2S用作催化劑；增強(qiáng)八1203涂層的沉積速率和厚度均勻性。應(yīng)該意識到，在過去數(shù)年中，其它化學(xué)氣相沉積路線已經(jīng)可以用于TiN、TiC、TiCN和A1203的沉積，并且上述使用氯化鈥和氯化鋁的路線僅作為非限定性實(shí)例給出。事實(shí)上，各式各樣的硬涂層，比如各種碳化物、氮化物、氧化物、硼化物和它們的混合物，可通過一種或其它各種PVD和/或CVD^t術(shù)而沉積。在所述硬質(zhì)材料比如鑄鐵的加工之中產(chǎn)生例如高溫。在這樣的高溫下，許多涂層材料比如碳化物和氮化物是反應(yīng)性的，且可能與工件和/或與冷卻流體及空氣相互作用。A1203(氧化鋁)不僅高度耐化學(xué)性并且極其堅硬。因而氧化鋁是用于增加刀片壽命的流行涂層材料。Ruppi的題為"低溫下沉積的增強(qiáng)A1203-Ti(C,N)多涂層(EnhancedA1203-Ti(C,N)Multi-CoatingDepositedatLowTemperature)，，的歐洲專利號EP1245700涉及燒結(jié)碳化物、金屬陶瓷、陶瓷和/或高速鋼的涂層體用作金屬切削工具并具有K-八1203和/或丫-Ah03的多層，所述多層任選地散布有碳氮化鈥Ti(C,N)層，其也可以通過MTCVD施加。包含基于Ti的層和Al2〇3層的其它已知的多層涂層可見于以下參考文獻(xiàn)JP11269650A2JP2000096235A2JP2002144109A2EP0594875A1US6689450JP2004188575A2JP11000804A2JP2000119855A2JP2000096234A2JP2001062604A2JP59025970A2JP200429卯23A2JP2000052130A2JP10310878A2JP03122280A2JP11310878A2JP2000158207A2JP2004188577A2JP2004188576A2JP110卯737A2JP2000107卯9A2JP11347806A2JP2000158208A2JP2005246596A2JP2004299021A2JP11254208A2JP10310877A2氧化鋁以許多形式存在。"氧化鋁和k-氧化鋁是亞穩(wěn)相。在許多機(jī)械加工方案中，比如車床上的間歇式車削，和當(dāng)在無冷卻劑的情形下車削時，例如，涂層有oc-氧化鋁的刀片已被發(fā)現(xiàn)比涂層有y-氧化鋁或K-氧化鋁的刀片進(jìn)行得更好。由氧化鋁的相圖可見，在高于105(TC的溫度在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，Y-氧化鋁和k-氧化鋁轉(zhuǎn)換至穩(wěn)定的a-氧化鋁同素異形體(剛玉)。由于氧化鋁的熱分散性能差且在加工中產(chǎn)生高溫，因而前刀面在某些切削加工中尤其是使用干式切削時可能達(dá)到1050°C,并且，在刀片的前刀面遭受極高壓力時所述相變可能在較低溫度下發(fā)生。在機(jī)械加工期間，刀片的氧化鋁表面的重結(jié)晶可能導(dǎo)致加速磨損。也可能的是，在切削加工期間在刀片所遭受的所述高溫度-壓力條件下，IOO(TC的溫度并不罕見，各種機(jī)制比如滑移、孿晶、晶界滑移以及可能的擴(kuò)散蠕變開始出現(xiàn)在a-A1203中，這允許有充分的延性以防止脆性破壞。參見Ruppi、Laarsson和Flink著的"CVDcc-氧化鋁和k-氧化鋁涂層的納米壓痕硬度、微，見結(jié)構(gòu)和耐磨損性(NanoindentationHardness,MicrostmctureandWearResistanceofCVDoc-Aluminaandk-Alumina)，，。所述沉積層的生長過程、結(jié)構(gòu)和性能取決于沉積條件比如基材的性質(zhì)和溫度、以及氣流的內(nèi)容物和動能。菱形a-氧化鋁相是穩(wěn)定的同素異形體，而各種多形體中的最硬一種通常在iooo-iiocrc的沉積溫度下實(shí)現(xiàn)。參見例如Prengel等人著的"表面涂層技術(shù)(SurfaceCoatingTechnology)",68-69,217(1994),盡管已通過等離子輔助CVD實(shí)現(xiàn)了在580。C沉積。參見Krylov等人著的例如，Appl.Phys.A801657(2004)。通過使用適當(dāng)?shù)哪０?也即有利的基材)，尤其是Chromia,Andersson通過反應(yīng)性磁控濺射在低至280。C的溫度實(shí)現(xiàn)了oc-氧化鋁沉積。參見博士"i倉文的"ControllingtheFormationandStabilityofAluminaPhases",JonMartinAndersson,Link印ingUniversitet,InstituteofTechnology,Link印ing2005。oc-氧化鋁的較厚涂層可以使用CVD技術(shù)來沉積。然而，這樣的涂層通常顯示穿過涂層厚度的定向晶粒生長，造成某種程度上容易發(fā)生裂紋擴(kuò)展的柱狀微觀結(jié)構(gòu)。用于避免k-氧化鋁中柱狀生長的已知技術(shù)為通過沉積不同材料的薄層來定期地中斷所述k-氧化鋁的沉積，之后可恢復(fù)k-氧化鋁的沉積。TiN即是一類已經(jīng)用于中斷所述k-氧化鋁生長的材料。參見S.Ruppi與A.Larsson著的"MicrostructureandDepositionCharacteristicsofk-A1203",JournaldePhysiqueIVFrance8(1999),EuroCVD12,Part8350-355。通過定期地引入TiN的薄層(0.1|um至1jum),所述k-氧化鋁晶體生長可被阻止并可使氧化鋁的新層成核。所得k-氧化鋁幾乎等軸并顯示比CVDk-氧化鋁的典型柱狀微觀結(jié)構(gòu)好的抗裂紋擴(kuò)展性。令人遺憾的是，該技術(shù)并不對切削刀片等提供良好的結(jié)果，因為所述k-氧化鋁-TiN層具有較差的粘附力，導(dǎo)致涂層剝落，實(shí)際可能導(dǎo)致加快磨損。因此，對于厚的、高質(zhì)量的、顯示高延性并且裂紋擴(kuò)展及剝落的趨勢小的cx-氧化鋁涂層仍存在需求，而本發(fā)明致力于解決該需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于通過新穎的基材-涂層組合而提供改良的切削工具和用于切削工具的刀片。下述刀片包括用于加工金屬的可替換的刀片或尖端(tip)或刀頭、切削頭、實(shí)心石灰化物端4先刀(solidcarbideendmills)和可釬焊至卡盤的切板。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于刀片的陶瓷涂層所述陶瓷涂層為分層結(jié)構(gòu)，其包含下述構(gòu)型即氧化物材料子層和與該氧化物材料具有良好粘附力的第二材料的界面層交替的構(gòu)型。所述涂層通過化學(xué)氣相沉積而沉積。每一隨后沉積的界面層用作中斷之前沉積的氧化物材料子層，并用作隨后氧化物材料子層沉積用的表面。所述界面層的第二材料包含所述氧化物材料層的元素的至少之一在硬質(zhì)材料中的固溶體。典型地，所述界面層包含所述氧化物材料在選自TiN、TiC和TiCN的硬質(zhì)材料中的固溶體。優(yōu)選，所述氧化物材料為氧化鋁，且所述界面層的第二材料選自TiA10N、TiA10C和TiAlCON。優(yōu)選，所述氧化物材料為八1203且所述界面層為TiAlCON。最優(yōu)選所迷氧化物材料為a-Al2〇3。本發(fā)明的優(yōu)選涂層結(jié)構(gòu)的具體特征在于，通過在柱狀結(jié)構(gòu)形成之前沉積界面層來阻止氧化物材料子層的每一層的生長。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，多層涂層包含權(quán)利要求1的陶瓷涂層和所述陶瓷層之前的第一硬質(zhì)材料的底涂層(undercoatlayer)。典型地，所述底涂層的第一硬質(zhì)材料選自TiC、TiCN和TiN。典型地，所述底涂層具有2jum至15pm范圍的厚度。典型地，在所述底涂層和所述分層結(jié)構(gòu)之間提供結(jié)合層(bondinglayer)。任選地，所述結(jié)合層包含下述之一(a)TiOCN層；(b)TiAlOCN層；(c)TiOCN層繼之以TiA10CN層，和(d)夾層結(jié)構(gòu)，其包含第一TiOCN層繼之以TiA10CN層繼之以第二TiOCN層。在所述底涂層的第一硬質(zhì)材料包含沉積在鎢燒結(jié)碳化物的基材之上的TiCN的情況下，優(yōu)選將基底層比如TiN在所述底涂層沉積之前沉積到所述基材的表面之上，以防止所述基材表面的脫碳。典型地，所述基底層具有0.1jum-1.5Mm的厚度。所述陶瓷涂層典型地沉積到選自硬質(zhì)金屬、金屬陶瓷、高速鋼和陶瓷的基材之上。任選地在所述陶資涂層之上提供TiN外層。任選地，選擇性地從前刀面除去所述TiN外層。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了包含鎢燒結(jié)碳化物基材和多層涂層的切削工具刀片，所述多層涂層包含(a)TiN基底層；(b)TiCN底涂層；(c)包含TiOCN、TiAlOCN和TiOCN的夾層結(jié)構(gòu)的結(jié)合層；(d)具有分層結(jié)構(gòu)的陶瓷涂層，所述分層結(jié)構(gòu)包含和TiA10CN界面層交替的"-八1203子層。任選在刀片的外表面上提供進(jìn)一步的TiN層。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了結(jié)合層，其用于幫助將OC-Al203的CVD層結(jié)合至選自TiN、TiC和TiCN的第一硬質(zhì)材料的底涂層之上，其中，所述結(jié)合層選自(a)TiOCN;(b)TiAlOCN;(c)雙層，該雙層包含TiOCN繼之以TiA10CN,和(d)TiOCN、TiAlOCN和TiOCN的夾層結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，還提供在具有基材的切削刀片之上形成CVD-沉積多層陶瓷涂層的方法，該方法包含在所述基材之上沉積交替層，該交替層是氧化物材料層和粘附于所述基材之上的所述氧化物材料的界面層的交替層，其中，所述界面層包含所述氧化物材料的至少一種元素在硬質(zhì)材料中的固溶體。所述方法可以包括在緊前面的氧化物層中形成柱狀結(jié)構(gòu)之前，在所述緊前面的氧化物層上沉積所述界面層。根據(jù)需要，在緊前面的氧化物層之上沉積所述界面層用作隨后的氧化物層沉積用表面。所述方法可進(jìn)一步包括在所述基材之上沉積基底層；在該基底層之上沉積底涂層，該底涂層包含硬質(zhì)材料；在所述底涂層之上且所述氧化物材料層與界面層的所述交替層之下沉積結(jié)合層。根據(jù)所述方法的某些實(shí)施方案所述基底層包含TiN;所述底涂層選自TiC、TiCN和TiN;所述結(jié)合層包含TiOCN、TiAlOCN和TiOCN的夾層結(jié)構(gòu)；所述氧化物材料包含00-八1203;且所述界面層包含TiA1CON。根據(jù)需要，該方法進(jìn)一步包括在多層陶瓷涂層之上沉積TiN外層。同樣，根據(jù)需要，該方法包括選擇性地從所述切削刀片的前刀面除去所述TiN外層。還提供如下方法對具有包含硬質(zhì)材料的底涂層的切削刀片進(jìn)行處理，以為隨后"-八1203層的CVD沉積作準(zhǔn)備；所述方法包括在所述a-A1203層的CVD沉積之前在所述底涂層之上形成結(jié)合層，其中所述結(jié)合層為下述之一(a)TiOCN層；(b)TiA10CN層；(c)TiOCN層繼之以TiA10CN層；和(d)夾層結(jié)構(gòu)，其包含第一TiOCN層繼之以TiAlOCN層繼之以第二TiOCN層。根據(jù)某些實(shí)施方案，所述方法包含形成TiOCN、TiAlOCN和TiOCN的夾層結(jié)構(gòu)。根據(jù)需要，所述方法包含通過CVD形成所述結(jié)合層以使所述結(jié)合層具有0.1jum至1.0jum的總厚度。此處所提及為TiAlOCN或TiAlCON的材料是Al和O原子在TiCN中的固溶體。同樣地，此處所提及為TiAlON和TiAlOC的材料是Al和O原子在分別TiN和TiC中的固溶體。應(yīng)注意此處所述為TiN、TiC、TiCN等的材料并不必是化學(xué)計量的。事實(shí)上，僅在提供了下標(biāo)的地方，比如對于A1203,可以假定指出了相只于比例。TiOCN涉及具有大不相同比例的氧、碳和氮的材料的總族(genericfamily)。TiAlOCN也涉及具有大不相同比例的氧、碳和氮的材料的總族。此外，鋁含量可以顯著改變。此外，所述涂層的微觀結(jié)構(gòu)并未被完全地表征，并可以包括在所述晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部或沿著晶界的第二相夾雜。為了更好地理解本發(fā)明并顯示可以如<可對其進(jìn)4亍實(shí)施，現(xiàn)在將純粹通過舉例來參考附圖?，F(xiàn)在特別詳細(xì)參見所述附圖，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是所示細(xì)節(jié)為舉例說明并僅用于本發(fā)明所述優(yōu)選實(shí)施方案的說明性討論的目的，并在此用于提供被認(rèn)為是最有用和容易被理解的本發(fā)明的主旨和概念方面的描迷。在這點(diǎn)上，不曾試圖比基本理解本發(fā)明所需更詳細(xì)地給出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)；所述圖之附帶的說明使得本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見本發(fā)明的多種形式可以如何在實(shí)踐中得以體現(xiàn)。在所述附圖中圖1是本發(fā)明一個實(shí)施方案所述的刀片的涂層的示意橫截面圖。圖1A描繪經(jīng)涂層的切削刀片，該刀片具有一般形狀，所述涂層是本發(fā)明的涂層；圖2是顯示穿過本發(fā)明所述的試驗性涂層的橫截面的SEM顯微照片；和圖3是x射線衍射光譜，其顯示在所述涂層內(nèi)部所辨識的晶相。表表1概括了圖2所示試驗性涂層的沉積期間的溫度、壓力和氣相組成。具體實(shí)施例方式存在許多可用于沉積A1203(又稱為鋁氧化物、剛玉和氧化鋁)的CVD技術(shù)。所述氣相典型地包含揮發(fā)性氣體，其化學(xué)地在所述基材上反應(yīng)，沉積A1203;該反應(yīng)的其它產(chǎn)物是被轉(zhuǎn)移掉的氣相化學(xué)品。使用常規(guī)的熱CVD,八1203要求超過100(TC的溫度用于其沉積。等離子體CVD允許在低于90(TC的溫度下沉積這樣的涂層。在該工藝中，化合物利用等離子體放電和加熱而被分解并相互反應(yīng)。結(jié)果，可在所述基材表面上產(chǎn)生非常純的氧化鋁膜。常規(guī)對A1203所使用的CVD工藝包括腐蝕性反應(yīng)物A1C13。在低壓力下使用AlCl3/C02/H2的氣體混合物容易產(chǎn)生柱狀生長而非等軸涂層。所述A1C13/C02/H2的氣體混合物在大氣壓下可以導(dǎo)致大晶粒的生長。三異丙氧基鋁是可用來沉積oc-氧化鋁的另一個前體。另一個途徑包括在氬-氧等離子體中的鋁靶的反應(yīng)性濺射。乙酰丙酮鋁也已被用作大氣壓下的氧化鋁的金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積的前體，參見"MOCVDofAluminumOxideBarrierCoating"JunC.Nable等J.Phys.IVFrance12(2002)Pr4-139。三(四甲基-庚二酮)鋁[Al(thd)3]和三(乙酰丙酮)鋁[Al(acac)3]也被用于所述八1203膜的CVD。參見"DiketonatesasPrecursorsMOCVDofAluminiumOxideFilmsUsingAluminium"，A.Devi,S.A.Shivashankar和A.G.Samuelson著。又一個途徑是乙酰丙酮鋁前體的高溫分解，其可在例如435-550°C的較低溫度下施行以沉積氧化鋁薄膜。在高溫下，晶粒生長比成核有利，通過CVD工藝的a-氧化鋁沉積往往導(dǎo)致以相鄰晶體間的尖銳邊界和弱晶間鍵為特征的較粗糙的柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。因而，這樣的oc-氧化鋁涂層往往容易發(fā)生穿過涂層厚度的裂紋擴(kuò)展。沉積溫度并不是影響晶粒生長和成核速度的唯一參數(shù)，其它參數(shù)比如反應(yīng)物的分壓、基材溫度、H2S或其它催化劑的使用可以影響最終的微觀結(jié)構(gòu)，它們的操控提供了控制由此所形成涂層的特征的方法。如下所述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的特定特征是具有優(yōu)良等軸晶粒微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)合良好的、厚的、多層oc-氧化鋁涂層。這通過交替地沉積氧化鋁子層或片層(strata)與第二材料的界面層而實(shí)現(xiàn)，所述第二材料界面層與所述oc-氧化鋁子層具有良好的粘附力，比如，例如被認(rèn)為是氧化鋁分別在TiOCN、TiON或TiOC中的固溶體的TiAlCON、TiA10N、或TiA10C。所述第二層由TiCU、A1C13、N2、CH4、H2、C02—H2SW混合物通過化學(xué)氣相沉積而沉積。這樣，所述oc-氧化鋁沉積定期地被極薄的所述第二材料層的沉積所中斷，后者不僅中斷上述片層的oc-氧化鋁的晶粒生長，也提供新cx-氧化鋁晶體在新的片層中的成核用位置，形成多層ot-氧化鋁結(jié)構(gòu)。因此，在緊前面的oc-氧化鋁層中產(chǎn)生柱狀結(jié)構(gòu)之前，所述第二材料的界面層形成在該緊前面的a-氧化鋁層之上。從而阻止了厚的、定向的、柱狀oc-氧化鋁生長的形成，這顯著地減少了陶瓷涂層發(fā)生裂紋擴(kuò)展的容易性。不同于US20020176755A1所述的系統(tǒng)和大多數(shù)其它的氧化鋁耐磨損涂層，應(yīng)注意到所述優(yōu)選實(shí)施方案的涂層系統(tǒng)涉及a-氧化鋁而并不涉及K-Ah03或y-Al203。應(yīng)理解的是，除了是穩(wěn)定的同素異形體之外，a-氧化鋁還是最致密的同素異形體(與其它同素異形體的約3.6-3.8gcm/ir^對照，約4g/cr^的密度)。已發(fā)現(xiàn)在切削加工期間所受到的壓力-溫度制度下，所述oc-氧化鋁證明比其它同素異形體更韌且能夠塑性變形以減輕應(yīng)力。另外，已發(fā)現(xiàn)所述第二材料的界面層有助于確保與所述氧化鋁的良好界面結(jié)合，提供高的涂層完整性。認(rèn)為所述第二材料的界面層提供高密度的位點(diǎn)用于新Al203晶體的成核，從而得到大數(shù)量的小晶體。還認(rèn)為Al和O兩者在所述第二材料中間層中的存在提供了對A1203中的Al與O的化學(xué)結(jié)合，還提供了成核位置有利于形成大密度氧化鋁晶粒，這又利于生長小晶?！，F(xiàn)在參照圖1,顯示了刀片10的涂層的示意性橫截面。如圖1A可見，刀片10由未涂層的主體或基材12和多層涂層14組成。所述主體12可由含有例如除了鐵和碳之外的各種量的耐火金屬比如鉻、鴒、鉬和鈦的高速鋼合金制造。或者，所述主體12可包括陶資晶須比如Si3N4、A1203、Al203/TiC、SiAlON、Al2〇3/SiC晶須復(fù)合材料等。更常見地，所述主體12為金屬陶瓷型復(fù)合材料，比如在金屬粘合劑中的TiC或TiN。然而，最常見的是，所述主體12是所謂的硬質(zhì)金屬燒結(jié)碳化物型復(fù)合材料，比如碳化鵠(WC)和其它金屬基質(zhì)(常為鈷(Co))所燒結(jié)的碳化物，以下稱為鴒燒結(jié)碳化物(tungstencementedcarbide)。燒結(jié)碳化物記載于KluwerAcademic/PlenumPublishers在1999年出版的"TungstenProperties,Chemistry,TechnologyoftheElement,AlloysandChemicalCompounds"第321頁。所述未涂層主體12可以是上述任何已知的組成并在以下被稱作基材12。典型地，所述基材12在對其沉積所述多層涂層M之前通過在超聲波中脫脂、噴砂和清潔而準(zhǔn)備。所述多層涂層14包含第一硬質(zhì)材料的較厚底涂層16。底涂層16典型為4jum至15jum厚，且特別善于耐側(cè)面和前緣磨損。薄的(0.1ium至1.5jum)任選的基底層18,典型為TiN,通常在所述底涂層16之前沉積。所述基底層18允許所述刀片10受到較嚴(yán)格的CVD條件，該條件可能是在不對其基材12脫碳的條件下沉積所述底涂層16所需的，由此最小化在所述基材12的表面附近形成不期望的、脆性ri相(M12C、M6C,其中M為Co和W)。薄的結(jié)合層20(0.1Mm至1pim)沉積在所述底涂層16之上。所迷結(jié)合層20可以是夾層結(jié)構(gòu)，其由夾在TiOCN底部結(jié)合層24和TiOCN頂部結(jié)合層26之間的TiAlOCN內(nèi)結(jié)合層22組成。TiCON可通過許多途徑沉積。例如TiCl4+N2+H2+CH4+C02—TiCON+氯化物和其它氣體。TiAlCON也可以通過許多途徑沉積。例如TiCl4+N2+H2+CH4+C02+A1C13—TiAlCON+氯化物和其它氣體。厚的陶資涂層28沉積在所述結(jié)合層20之上。所述陶瓷涂層28具有a-Al2O3氧化物層30與界面層32的分層結(jié)構(gòu)。先，第一氧化物層30A#皮沉積。認(rèn)為由于所述TiOCN頂部結(jié)合層26,所述氧化物層30A以高晶粒密度并因而小晶粒尺寸地沉積，良好地結(jié)合至所述結(jié)合層20。所述界面層32是第二材料，該第二材料是氧和鋁在TiCN、TiC或TiN基質(zhì)中的固溶體。據(jù)猜測，所述氧化物層30與所述界面層32的優(yōu)異結(jié)合起因于，所述界面層32中的Al和O與所述氧化物層30的相互作用，通過所述界面層32提供更適當(dāng)?shù)木Ц耖g距和更相容的化學(xué)結(jié)合可能性以用于所述氧化物層30在其上的成核。如果允許無阻礙地生長，則所述氧化物層30的晶粒典型地為大且柱狀。在某些情形中，它們也可以具有優(yōu)選取向。然而，在本實(shí)施方案中，極薄的例如TiAlCON的第一界面層32A沉積在所述第一氧化物層30A之上。第一界面層32A中斷所述第一氧化物層30A的晶粒生長，并且被認(rèn)為提供用于成核和晶粒生長的新位置，第二氧化物層30B可沉積在該位置之上。然后，第二個極薄的界面層32B可沉積在其之上。通過交替氧化物層30與界面層32,可以通過CVD生長具有小等軸晶粒尺寸的厚陶瓷涂層28。各界面層32阻止之前氧化物層30的晶粒生長，且還可能提供高密度位置用于新的陶瓷晶體在其上成核。應(yīng)理解的是，由于Hall-Petch效應(yīng)大多數(shù)材料的硬度和耐磨損性被發(fā)現(xiàn)隨著晶粒尺寸減小而提高。另外且最重要的是，連續(xù)的重成核阻止了厚的、定向的、柱狀晶體的生長，并因此顯著地降低了由此形成的陶瓷涂層的裂紋擴(kuò)展容易性。陶瓷涂層28內(nèi)的氧化物層30與界面層32的優(yōu)選數(shù)目依賴于各專門應(yīng)用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。認(rèn)為在一定程度上，所述界面層32的組成，特別是所述固溶體界面層32中的Al和0含量決定了晶粒尺寸。應(yīng)注意的是，盡管所述界面層32的組成受活性物種的分壓所影響，但其并不因此由簡單方式所決定，并且所述涂層中的各種元素的濃度將始終與其在所述反應(yīng)性氣體中的濃度不同。在優(yōu)選實(shí)施方案中，基材12是鎢燒結(jié)碳化物，而底涂層16的第一硬質(zhì)材料是TiCN,該TiCN特別善于降低側(cè)面磨損和洼磨損。為了避免所述基材12的脫碳，優(yōu)選在其下提供基底層18,否則所述脫碳會導(dǎo)致由沉積所述TiCN底涂層16所要求的嚴(yán)格工藝條件而造成脆性H相的形成。TiN已被發(fā)現(xiàn)是用于該目的的基底層18的適合選項，并在本領(lǐng)域中很好地被證實(shí)。所述結(jié)合層20沉積在所述TiCN底涂層16與所述陶乾涂層28之間，所述陶t;涂層28由oc-Al203氧化物層30與TiAlCON界面層32依次沉積(30A、32A、30B、32B、30C、32C……)的交替層累積而成。對界面層32A、32B、32C…使用TiAlCON促進(jìn)了a-A1203氧化物層30B、30C、30D…在其上的成核。該交替的oc-A1203氧化物層30A、30B、30C…與所述TiAlCON界面層32A、32B…已被發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異的粘附。氧化物層30與界面層32的數(shù)目將依賴于所需陶瓷涂層28的厚度而不同。通常，通過改變工作溫度和/或過程氣體的分壓和所述基底層18尤其是其上表面的活性，可以使氧化物30的成核優(yōu)于晶粒生長，從而會獲得更小晶粒尺寸。還認(rèn)為所述a-Ab03氧化物層30A、30B、30C幾乎完全等軸，或至少遠(yuǎn)不如源自連續(xù)CVDa-Al203生長的柱狀晶體生長具有定向性。有用地，為提供有吸引力的表面光潔度，可將外層34沉積至上述涂層14之上。TiN可被用于該目的，由此提供有吸引力的如已知的金色表面光潔度。任選地，該TiN外層34可被從刀片的至少一個前刀面除去。實(shí)施例1作為概念的證據(jù)，參照圖2，顯示了刀片100的橫截面的SEM顯微照片，該刀片100包含本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案所述的基材112和多層涂層114。在該圖像的底部，顯示了燒結(jié)碳化鵠的所述基材112。該碳化鎢的角形晶體具有約lMm的平均晶粒尺寸。所述多層涂層114包含約1jum的TiN薄基底涂層118。在所述TiN基底涂層118的頂上，沉積了約7jum的較厚柱狀TiCN底涂層116。結(jié)合層120沉積在其上。結(jié)合層系統(tǒng)120實(shí)際上是TiOCN、TiAlOCN和TiOCN的夾層結(jié)構(gòu)，但由于相互擴(kuò)散，所述SEM顯微照片對比度差并且沒有分辨出不同的子層。顯示了分層的厚陶資涂層128,其具有厚度約1mm的oc-a1203氧化物層130A、130B、130C與厚度約0.1jum的TiAlOCN界面層132A、132B、132C交替的交替子層。因此，所述氧化物層與界面層的厚度比率為大約10。該比率可具有其它值，但優(yōu)選為7-15。也可看到厚度約0.5jum的TiN外層134。17用于所述化學(xué)氣相沉積的氣體的溫度、壓力和流動速率示于表1。這些細(xì)節(jié)提供了用于制造本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的全部使能性描述。圖2所示的涂層通過X射線衍射(XRD)使用來自Cu-Ka源的X射線進(jìn)行了檢驗。圖3中顯示了X射線衍射譜。如本領(lǐng)域所熟知，縱軸為X射線檢測器所接收到光子的每秒鐘計數(shù)的數(shù)目，而橫軸(26)是衍射角(所述檢測器設(shè)定于該角度)，其中e是所述x射線的入射角。所有主峰標(biāo)示如下1為oc-Al203;2為TiN;3為TiCN(MT);4為WC。如所清楚顯示，所述氧化物層真正是CC-Al203而非其它同素異形體。此外，從所述峰的銳度和較低的背景噪聲可見所述涂層只有晶體尺寸大于lOOnm的的晶體結(jié)構(gòu)。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>實(shí)施例2-4例示了，與B級刀片(也即涂有已知現(xiàn)有技術(shù)涂層的刀片)一起采用相同的條件檢測了A級刀片(也即根據(jù)本發(fā)明公開進(jìn)行了涂覆的刀片)的優(yōu)點(diǎn)。B級現(xiàn)有技術(shù)刀片涂層從最內(nèi)層至外層的的詳細(xì)情況如下厚度約0.6jum的最內(nèi)部的TiN層，繼之以使用MTCVD技術(shù)的具有柱狀晶粒的厚度約6pm的第二厚層TiCNMT。第三層是厚度約0.15ym的TiN,且第四層是厚度約0.3jum的TiC。第五層是厚度約0.1pm的TiOCN且第六層是厚度約3ium的oc-A1203厚層。最外層是厚度約0.8jum厚的TiN。這些實(shí)施例概括于表格中。實(shí)施例2操作銑削材料GG25刀片類型ADKT1505切削速度300m/min進(jìn)料0.2mm/t齒數(shù)(numberofteeth)1切削深度4mm切削寬度30mm冷卻劑無結(jié)果工具壽命(min)A級(本發(fā)明所述涂層)86.5B級(現(xiàn)有技術(shù))57實(shí)施例3操作銑削材料GGG50刀片類型ADKT1505切削速度220m/min進(jìn)料0.15mm/t齒數(shù)1切削深度3mm切削寬度30mm冷卻劑無結(jié)果工具壽命(min)A級(本發(fā)明所述涂層)30B級(現(xiàn)有技術(shù))20實(shí)施例4操作銑削材料SAE4340刀片類型ADKT1505切削速度200m/min進(jìn)料0.15mm/t齒數(shù)1切削深度3mm切削寬度30mm冷卻劑無結(jié)果工具壽命(min)A級(本發(fā)明所述涂層)67,5B級(現(xiàn)有技術(shù))4521雖然以上提供了優(yōu)選實(shí)施方案的材料組合，但也可以是其它材料和組合，且可取代其它合金化元素。因此，本發(fā)明的范圍通過所附權(quán)利要求界定，且包括本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀上述描述時會想到的上述各種特征的組合和子組合以及它們的變形和改變。在所述權(quán)利要求中，詞語"包含(comprise)"及其變形比如"包含(comprises)，，、"包含(comprising)，，等表示包4舌所歹'J成分，^f旦通常并不排除其它成分。權(quán)利要求1.經(jīng)涂覆的切削刀片，包含基材和形成在該基材之上的CVD沉積的多層陶瓷涂層，所述多層陶瓷涂層包含氧化物材料和粘附于該氧化物材料的界面層的交替層，其中所述界面層包含所述氧化物材料的至少一種元素在硬質(zhì)材料中的固溶體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述多層陶瓷涂層包含至少6層，所述6層包括與3層所述界面層交替的3層所述氧化物材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述硬質(zhì)材料選自TiN、TiC和TiCN。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述氧化物材料是ot-A1203。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述界面層是TiAlCON。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述氧化物材料是氧化鋁；且所述界面層選自TiA10N、TiA10C和TiAlCON。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中氧化物材料層的厚度與界面層的厚度之比為7~15。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其進(jìn)一步包含在所述基材和所述陶資涂層之間的底涂層，所述底涂層包含硬質(zhì)材料。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述底涂層的硬質(zhì)材料選自TiC、TiCN和TiN。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述底涂層具有2ym至15ym范圍的厚度。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其進(jìn)一步包含在所述底涂層和所述陶瓷涂層之間的結(jié)合層。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述結(jié)合層選自下述之一(a)TiOCN層；(b)TiA10CN層；(c)TiOCN層繼之以TiAlOCN層，和(d)夾層結(jié)構(gòu)，其包含第一TiOCN層繼之以TiAlOCN層繼之以第二TiOCN層。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其進(jìn)一步包含所述基材和所述底涂層之間的基底層。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述基底層包含TiN。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述基底層具有0.1|um-1.5jum的厚度。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其進(jìn)一步包含在所述多層陶瓷涂層之上的TiN外層。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中所述TiN外層不存在于所述切削刀片的前刀面。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其進(jìn)一步包含形成在所述基材之上的基底層；形成在所述基底層之上的底涂層，所述底涂層包含硬質(zhì)材料；和形成在所述底涂層之上且在所述多層陶瓷涂層之下的結(jié)合層。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其進(jìn)一步包含形成在所述多層陶資涂層之上的TiN外層。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的經(jīng)涂覆的切削刀片，其中，所述基底層包含TiN;所述底涂層選自TiC、TiCN和TiN;所述結(jié)合層包含TiOCN、TiAlOCN和TiOCN的夾層結(jié)構(gòu)；所述氧化物材料包含oc-Al203;且所述界面層包含TiA1CON。21.在具有基材的切削刀片之上形成CVD-沉積多層陶瓷涂層的方法，該方法包含在所述基材之上沉積交替層，該交替層是氧化物材料和粘附于所述基材之上的該氧化物材料的界面層的交替層，其中，所述界面層包含所述氧化物材料的至少一種元素在硬質(zhì)材料中的固溶體。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其包含在緊前面的氧化物層中形成柱狀結(jié)構(gòu)之前，在所述緊前面的氧化物層上沉積所述界面層。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中在緊前面的氧化物層之上沉積所述界面層，用作隨后氧化物層的沉積用表面。24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述基材之上沉積基底層；在所述基底層之上沉積底涂層，所述底涂層包含硬質(zhì)材料；在所述底涂層之上且在所述氧化物材料與界面層的交替層之下沉積結(jié)合層。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述基底層包含TiN;所迷底涂層選自TiC、TiCN和丁iN;所述結(jié)合層包含TiOCN、TiA10CN和TiOCN的夾層結(jié)構(gòu)；所迷氧化物材料包含a-Al203;且所迷界面層包含TiAlCON。26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述多層陶瓷涂層之上沉積TiN外層。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，進(jìn)一步包含選擇性地從所述切削刀片的前刀面除去所述TiN外層。28.處理切削刀片的方法，所述刀片具有為隨后cc-Al203層的CVD沉積作準(zhǔn)備的、包含硬質(zhì)材料的底涂層，所迷方法包含在所述oc-A1203層的CVD沉積之前在所述底涂層之上形成結(jié)合層，其中所述結(jié)合層為下述之一(a)TiOCN層；(b)TiA10CN層；(c)TiOCN層繼之以TiAlOCN層；和(d)夾層結(jié)構(gòu)，其包含第一TiOCN層繼之以TiAlOCN層繼之以第二TiOCN層。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其包含形成TiOCN、TiAlOCN和TiOCN的夾層結(jié)構(gòu)。30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其包含通過CVD形成所述結(jié)合層，以^f吏所述結(jié)合層具有0.1jum-1.0jum的總厚度。全文摘要具有多層陶瓷涂層的切削工具刀片。所述多層陶瓷涂層為交替子層的分層結(jié)構(gòu)，所述交替子層是氧化物材料與和該氧化物材料具有良好粘附力的第二材料的界面層的交替層。所述陶瓷涂層通過化學(xué)氣相沉積而沉積；每一隨后沉積的界面層用于中斷前一沉積的氧化物材料子層，并用作隨后氧化物材料子層的沉積用表面。所述第二材料是所述氧化物材料的至少一種元素在硬質(zhì)材料中的固溶體。文檔編號C23C28/00GK101652502SQ200880010764公開日2010年2月17日申請日期2008年3月6日優(yōu)先權(quán)日2007年4月1日發(fā)明者G·格倫曼,M·埃爾考拜申請人:伊斯卡有限公司