專利名稱：一種涂層刀片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種涂層刀片。
背景技術：
目前，在硬質合金涂層刀具的加工過程中，存在兩種失效制度磨損和破損。刀具磨損主要包括磨蝕磨損、粘結磨損、擴散磨損和氧化磨損。在不同的切削條件下，加工不同材料的工件時，其磨損的主要原因可能是其中的一種或兩種，總的來說切削溫度較低時以磨蝕磨損為主，切削溫度較高時以擴散磨損、氧化磨損為主。刀具破損主要是塑性變形破損和脆性破損(崩刃、碎裂、剝落、裂紋破損)。硬質合金刀具硬度高、脆性大，是粉末燒結體，組織可能不均勻和存在缺陷，在切削加工過程中，特別是在斷續切削條件下，或因為加工材料的不均勻性導致切削加工帶有斷續切削的性質時，受到機械和熱沖擊容易產生脆性破損。試驗表明刀具早期破損，受熱應力影響小，主要是受機械沖擊作用所致；刀具后期疲勞破損主要是在機械和熱沖擊作用下刀具內裂紋失穩擴散所致。在高速高效切削加工或加工耐高溫材料時可以達到很高的切削溫度，過高的溫度會降低刀具材料的屈服強度，在切削力的作用下導致塑性變形而喪失切削能力。為了適應高速高效加工、非連續加工和惡劣條件加工的要求，刀具需要更高的韌性和高溫強度。涂層刀具的性能來源涂層和刀具基體性能的統一。切削性能好、通用性好的涂層刀片的關鍵在于(1)基體具有足夠的韌性、良好的抗高溫塑性變形能力和抗裂紋擴散能力，具有功能梯度的基體可以有效改善刀具的強韌度和高溫性能，提高刀具的抗破損能力， 降低塑性變形破損或崩刃、碎裂、裂紋等破損，；(2)涂層具有優良的抗磨蝕磨損、粘結磨損、 擴散磨損、氧化磨損的能力。在刀具表面涂覆高硬度的涂層，可減輕刀具的磨蝕磨損、粘結磨損和擴散磨損，增加刀具的耐用度。現有技術中，有些刀片強韌性好，有些刀片耐高溫，有些耐磨性好，然而刀片的整體性能受到限制，通用性較差。

發明內容
為了克服以上缺陷，本發明要解決的技術問題是提出一種具有高耐磨性、高強度、耐高溫、抗沖擊、通用性強的涂層刀片。本發明所采用的技術方案為一種涂層刀片，包括硬質合金刀體和涂層，所述硬質合金刀體含有以WC為基礎的硬質相、一 Co為基礎的粘結相和以取自周期表IV b、V b和 VI b族金屬元素的立方相化合物，所述涂層包括至少一個金屬氧化物或氧化物復合物的 PVD 層。根據本發明的另外一個實施例，一種涂層刀片進一步包括所述硬質合金基體具有梯度結構，其中含有3-10wt%的Co和0. 3-3. 0wt%的取自周期表IV b、V b和VI b金屬元素的立方相化合物。根據本發明的另外一個實施例，一種涂層刀片進一步包括所述涂層厚度為0. 5-18 μ m,由不同組成與不同結構的兩種組分組成，所述組分由一種金屬元素的單相氧化物，或者兩種或更多種金屬氧化物的固溶體組成。根據本發明的另外一個實施例，一種涂層刀片進一步包括所述金屬氧化物或氧化物復合物中的金屬原子選自Ti、Nb、V、Mo、Zr、Cr、Al、Hf、Ta、Y或Si。根據本發明的另外一個實施例，一種涂層刀片進一步包括所述刀體具有厚度在 0. 5-5 μ m之間的金屬碳化物、金屬氮化物或金屬碳氮化物的單層或多層的外涂層。根據本發明的另外一個實施例，一種涂層刀片進一步包括所述硬質合金基體的刃口兩邊形成有20-60 μ m厚的粘結相富集表面區，所述粘結相富集表面區中間的扇形區域為30-80 μ m厚的立方相富集區。根據本發明的另外一個實施例，一種涂層刀片進一步包括所述粘結相富集表面區的厚度為25-45 μ m，所述粘結相富集表面區內Co的含量為硬質合金刀體中Co標稱含量的 1-1. 5 倍。根據本發明的另外一個實施例，一種涂層刀片進一步包括所述立方相富集區的厚度為50-70 μ m，所述立方相富集區內立方化合物的含量為硬質合金刀體中立方相化合物標稱含量的1-1. 5倍。根據本發明的另外一個實施例，一種涂層刀片進一步包括所述周期表IV b、Vb和 VI b族金屬元素的立方相化合物為Ti、Ta和Nb的含氮立方相化合物。本發明的有益效果是本發明在硬質合金刀體上添加耐磨性好、耐高溫的金屬氧化物或氧化物復合物的PVD層，結合梯度燒結工藝制備的表面富鉆的梯度硬質合金刀體， 具有比普通硬質合金刀體更好的抗沖擊性和抗崩刃能力；同時又避免了因添加大量立方化合物而導致基體整體強韌度的下降。再通過對刃口進行處理，使刃口兩邊為高強高韌的粘結相富集表面區，而中間扇形部分為高溫性能良好的立方相富集區，形成骨架支撐，這樣既保證了刀片刃口有足夠的強韌性，又具有良好的抗塑性變形能力，使刀刃實現了韌性和抗塑性變形的較好的統一。


圖1是本發明的優選實施例的結構示意圖； 圖2是本發明的涂層刀片在刃口處的結構示意圖中1、硬質合金刀體，2、涂層，3、立方相富集區，4、粘結相富集表面區。
具體實施例方式現在結合附圖和優選實施例對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。如圖1、圖2所示，一種涂層刀片，包括以碳化鎢(WC)為基礎的硬質相和以鉆(Co) 為基礎的粘結相，通過添加少量的含氮立方化合物或由這些立方化合物組成的固溶體，并對粉末混合料進行壓制，采用梯度燒結技術對硬質合金刀具燒結(在1440°C下燒結，高溫燒結后在脫N氣氛下冷卻)，在硬質合金基體表面形成一層粘結相富集表面區4，在粘結相富集表面區4下形成一層立方相富集區3。所述粘結相富集表面區4的厚度L2為20-60 μ m, 該粘結相富集表面區4內Co的含量為硬質合金基體中Co標稱含量的1-1. 5倍。在刃口兩邊保留粘結相富集表面區4，而將中間扇形部分的粘結相富集表面區去除，露出高溫性能良好的立方相富集區3。該立方相富集區3的厚度為50-70 μ m，其中立方相化合物的含量為基體中立方相化合物標稱含量的1-1. 5倍。該刀片的硬質合金刀體組成包含3-10襯％的&) 和0. 3-3. 0wt%的Ti和Ta立方碳氮化物，余量為WC。根據現有技術，用厚度在0.5-5 μ m之間的金屬碳化物、金屬氮化物或金屬碳氮化物的單層或多層來對所述刀體進行預涂層，其中金屬原子選自Ti、Nb、V、Mo、Zr、Cr、Al、Hf、 Ta、Y或Si中的一種或多種。將涂層應用到整個刀體上或至少其作用表面上，例如切削刃、 傾斜面、齒根面或參與金屬切削過程的其他任何表面。將本發明的涂層附著于刀體上，并且其包括至少一個金屬氧化物或氧化物復合層，其中金屬原子選自Ti、Nb、V、Mo、Zr、Cr、Al、Hf、Ta、Y或Si，所述氧化物層的總厚度在 0. 5-18之間。該層由具有不同組成與不同結構的兩種組分組成。每種組分是一種金屬元素的單相氧化物，或兩種或更多種金屬氧化物的固溶體。所述涂層刀片還可以具有金屬碳化物、金屬氮化物或金屬碳氮化物的單層或多層的外涂層，其中金屬原子選自Ti、Nb、V、Mo、Zr、Cr、Al、Hf、Ta、Y或Si的一種或多種，該層的厚度為0. 5-5 μ m。本發明通過PVD技術或此類技術的組合來制造涂層，所述此類技術包括RF (射頻) 磁控濺射、DC磁控濺射和脈沖雙重磁控濺射(DMS)。以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
權利要求
1.一種涂層刀片，包括硬質合金刀體和涂層，其特征在于所述硬質合金刀體含有以 WC為基礎的硬質相、一 Co為基礎的粘結相和以取自周期表IV b、V b和VI b族金屬元素的立方相化合物，所述涂層包括至少一個金屬氧化物或氧化物復合物的PVD層。
2.根據權利要求1所述的一種涂層刀片，其特征在于所述硬質合金基體具有梯度結構，其中含有3-10wt%的Co和0. 3-3. 0wt%的取自周期表IV b、V b和VI b金屬元素的立方相化合物。
3.根據權利要求1所述的一種涂層刀片，其特征在于所述涂層厚度為0.5-18 μ m，由不同組成與不同結構的兩種組分組成，所述組分由一種金屬元素的單相氧化物，或者兩種或更多種金屬氧化物的固溶體組成。
4.根據權利要求1所述的一種涂層刀片，其特征在于所述金屬氧化物或氧化物復合物中的金屬原子選自Ti、Nb、V、Mo、Zr、Cr、Al、Hf、Ta、Y或Si。
5.根據權利要求1所述的一種涂層刀片，其特征在于所述刀體具有厚度在0.5-5 μ m 之間的金屬碳化物、金屬氮化物或金屬碳氮化物的單層或多層的外涂層。
6.根據權利要求1所述的一種涂層刀片，其特征在于所述硬質合金基體的刃口兩邊形成有20-60 μ m厚的粘結相富集表面區，所述粘結相富集表面區中間的扇形區域為 30-80 μ m厚的立方相富集區。
7.根據權利要求6所述的一種涂層刀片，其特征在于所述粘結相富集表面區的厚度為25-45 μ m，所述粘結相富集表面區內Co的含量為硬質合金刀體中Co標稱含量的1_1. 5 倍。
8.根據權利要求6所述的一種涂層刀片，其特征在于所述立方相富集區的厚度為 50-70 μ m，所述立方相富集區內立方化合物的含量為硬質合金刀體中立方相化合物標稱含量的1-1. 5倍。
9.根據權利要求1所述的一種涂層刀片，其特征在于所述周期表IVb、V b和VI b族金屬元素的立方相化合物為Ti、Ta和Nb的含氮立方相化合物。
全文摘要
本發明涉及一種涂層刀片，包括硬質合金刀體和涂層，所述硬質合金刀體含有以WC為基礎的硬質相、一Co為基礎的粘結相和以取自周期表Ⅳb、Ⅴb和Ⅵb族金屬元素的立方相化合物，所述涂層包括至少一個金屬氧化物或氧化物復合物的PVD層。本發明在硬質合金刀體上添加耐磨性好、耐高溫的金屬氧化物或氧化物復合物的PVD層。本發明的刀片不僅具有高耐磨性、高強度、通用性強的優點，而且具有極強的抗塑性變形能力和較高的刃口強度，在高去除率切削參數下或惡劣的工況下都有穩定表現，并能實現更加綠色環保的干式切削。
文檔編號C23C14/08GK102560345SQ201010606610
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月27日 優先權日2010年12月27日
發明者周國東 申請人:常熟市宏達印染機械有限公司