CN102328473A - 一种立方氮化硼刀具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种立方氮化硼刀具及其制造方法，包括本体(2)和涂层，本体(2)的材质为立方氮化硼，涂层均匀的涂覆在本体(2)的外周围，整个涂层的厚度为10-20μm，该涂层包含有至少两层第一涂层(3)和至少一层第二涂层(4)；第一涂层(3)为金属涂层，该金属涂层为从Ti、Mo、Cr、Nb、Ta和Zr中任选一种或几种进行组合的金属涂层，该第一涂层的厚度为300-500nm；第二涂层(4)为非金属涂层，该非金属涂层为碳纤维或超硬陶瓷，该第二涂层的厚度为10-20μm，该刀具结构简单，在刀具上的涂层不易脱落和碎裂，可满足厚度和耐磨性的需求，同时增加刀具的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及切削加工的刀具领域，尤其涉及一种切削加工的立方氮化硼刀具及其制造方法。
背景技术
在对工件进行加工时，而刀具和工件的接触就是刀具的切削刃与工件之间的接触，通过切削刃快速切削需要加工的部件，由于切削速度快且切削的工件越来越硬，导致切削刃在切削中不断产生更高的磨损和更高的温度，而立方氮化硼在刀具中的应用越来越广泛，由于切削过程中，在刀具的前倾面上不断受到形成的金属屑的磨损而造成月牙洼磨损，已加工的工件也将沿刀具的后刀面滑移造成侧面磨损，同时刀刃在前情面上达到很高的温度，将导致扩散形磨损，而后刀面上温度显著减低，呈现磨蚀性磨损；由此可见，立方氮化硼刀具的可靠性和寿命需要更高的提高和要求。
现有技术中，通常在立方氮化硼刀具的表面沉积涂层，由此可有效提高可靠性，现有的立方氮化硼刀具涂覆有PVD或CVD涂层，可选的涂层有Ti(C，N)、TiN、(Ti，Al)N等等，在两种涂层中，PVD涂层具有更好的精细度和应力，能较好的承载负载，但PVD必须很薄，这是由于较厚的PVD将容易导致剥落、破裂和崩刃，在剥落之前能够在刀具上沉积的最大涂层厚度主要取决于切削刃的半径，切削刃过于锋利将导致容易发生剥落和崩刃，而CVD虽然能很好的解决涂层厚度的问题，但由于CVD涂层相对存在较为粗糙和难于引入应力的问题，由此，在很多情况下，需要同时结合PVD和CVD的优点，既需要沉积较厚的涂层，同时也需要更好的精细度和应力引入，以提供更好的耐磨性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种立方氮化硼刀具，该刀具结构简单，在刀具上的涂层不易脱落和碎裂，可满足厚度和耐磨性的需求，同时增加刀具的寿命。
为实现上述目的，本发明公开了一种立方氮化硼刀具，包括本体和涂层，本体的材质为立方氮化硼，涂层均匀的涂覆在本体的外周围，整个涂层的厚度为10-20μm，其特征在于：
该涂层包含有至少两层第一涂层3和至少一层第二涂层4；
第一涂层3为金属涂层，该金属涂层为从Ti、Mo、Cr、Nb、Ta和Zr中任选一种或几种进行组合的金属涂层，该第一涂层的厚度为300-500nm；
第二涂层4为非金属涂层，该非金属涂层为碳纤维或超硬陶瓷，该第二涂层的厚度为10-20μm。
其中，该多个第一涂层的材质相同。
其中，该多个第一涂层为Ti涂层或者Zr涂层。
其中，该多个第一涂层为Ti0.46Mo0.54涂层或者Nb0.30Zr0.70涂层。
其中，每个第一涂层的厚度为300-500nm。
其中，该多个第一涂层的材质不同。
其中，每个第一涂层的厚度为300-500nm。
还公开了一种制造上述立方氮化硼刀具的方法，包括以下步骤：
步骤一：制造基体；
步骤二：在基体上通过PVD沉积第一涂层，重复该步骤直到至少两个第一涂层沉积结束；
步骤三：在第一涂层上沉积第二涂层，通过CVD进行沉积。
通过上述结构，本发明的立方氮化硼刀具在刀具的本体上涂有多层涂层，通过两种涂层的结合，在多个第一涂层中通过多次PVD技术的沉积，能充分利PVD涂层的精细度和应力引入，同时也能利用CVD技术进行第二涂层的沉积，以提高整个涂层的厚度，从而避免了涂层脱落、碎裂的可能，增加了刀具的寿命，同时也改进了刀具的抗磨损性。
本发明将通过下面的具体实施例进行进一步的详细描述，且进一步结合对附图的说明将得到更加清楚和明显的了解。
附图说明
图1显示了本发明的立方氮化硼刀具的示意图。
图2显示了本发明的立方氮化硼刀具的部分放大剖视图。
具体实施方式
参见图1，显示了本发明的立方氮化硼刀具1的示意图，该立方氮化硼刀具1包括本体2和涂层，本体2的材质为立方氮化硼，涂层均匀的涂覆在本体2的外周围，优选的是整个涂层的厚度为10-20μm，更优选的是涂层的厚度为15-18μm，这种较厚的涂层一方面能有效保护立方氮化硼刀具1的本体不同表面，包括位于前倾面的切削刃，也包括可能与工件接触的后表面，且能避免涂层脱落、碎裂的可能。
参见图2，显示了本发明的立方氮化硼刀具1的部分放大剖视图，从中可以具体看到涂层的具体组成，该涂层包含有至少两层第一涂层3和至少一层第二涂层4，多个第一涂层3均匀涂覆于本体2的周围，第二涂层4涂覆于第一涂层3的周围。
其中，多个第一涂层3均为金属涂层，该金属涂层可为从Ti、Mo、Cr、Nb、Ta和Zr中任选一种或几种进行组合的金属涂层。
可选的是，该多个第一涂层的材质相同，既同时为多个Ti涂层或者Zr涂层，或同时为Ti0.46Mo0.54涂层或者Nb0.30Zr0.70涂层，每个第一涂层的厚度为300-500nm，优选的是，第一涂层的厚度为360-450nm，更优选的是，第一涂层的厚度为400±10nm。
可选的是，该多个涂层的材质相互不同，在其中一个实施例中，有三个第一涂层，其中最里面的第一涂层为Ti，中间的第一涂层为Mo，最外的第一涂层为Zr；在另一个实施例中，同样是三个第一涂层，最里面的最里面的第一涂层为Ti0.46Mo0.54，中间的第一涂层为Ti0.56Zro0.44，最外的第一涂层为Nb0.30Zr0.70。
优选的是，给多个涂层的材质为单一金属涂层和混合金属涂层的混合，其结合方法与上述实施例类似，在此不再详述。
其中，第二涂层4为非金属涂层，该非金属涂层为碳纤维、超硬陶瓷等，该第二涂层的厚度为10-20μm，优选的是，第二涂层4的厚度为15-18μm，更优选的是，第二涂层4的厚度为16±0.5μm。
同时，本发明公开了制造上述立方氮化硼刀具的方法，该方法包含以下步骤：
步骤一：制造基体；
步骤二：在基体上沉积第一涂层，优选的通过PVD进行沉积，重复该步骤直到至少两个第一涂层沉积结束；
步骤三：在第一涂层上沉积第二涂层，优选的通过CVD进行沉积。
通过本发明的设计，立方氮化硼刀具的周围被多层涂层覆盖，第一涂层为纯金属涂层，相对较薄，而由于纯金属的特性，硬度较为适中，提供了一定的韧性和较好的粘结性，且通过第一涂层更好的加强了金属涂层的效果和作用，而第二涂层为为非金属涂层，其硬度高，耐磨性好，能进一步提供保护。
下面通过示例来说明本发明的优越性：
采用立方氮化硼作为刀具本体，分三组进行实验，第一组为现有技术中的采用CVD沉积三氧化二铝，沉积层厚度为20μm；第二组通过本发明的方法中的步骤分别沉积第一涂层和第二涂层，其中进行三次第一涂层的沉积，沉积材料均为Ti，每层Ti厚度为400nm，第二涂层的材质为为碳纤维，厚度为18μm；第三组通过本发明的方法中的步骤分别沉积第一涂层和第二涂层，其中进行四次第一涂层的沉积，沉积材料从内到外分别为Ti0.46Mo0.54、Ti0.56Zro0.44、Nb0.30Zr0.70和Ti0.46Mo0.54，每个第一涂层厚度为420nm，第二涂层的材质为为超硬陶瓷，厚度为16μm；通过铣削进行三组刀具的测试，测试工件材料为淬火钢，测试中，第一组刀具平均寿命为21分钟，第二组刀具平均寿命为98分钟，第三组刀具平均寿命为110分钟。
过上述示例可知，本发明使得立方氮化硼刀具的使用寿命和抗磨损性能得到显著提高。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (8)
1.一种立方氮化硼刀具，包括本体(2)和涂层，本体(2)的材质为立方氮化硼，涂层均匀的涂覆在本体(2)的外周围，整个涂层的厚度为10-20μm，其特征在于：
该涂层包含有至少两层第一涂层(3)和至少一层第二涂层(4)；
第一涂层(3)为金属涂层，该金属涂层为从Ti、Mo、Cr、Nb、Ta和Zr中任选一种或几种进行组合的金属涂层，该第一涂层的厚度为300-500nm；
第二涂层(4)为非金属涂层，该非金属涂层为碳纤维或超硬陶瓷，该第二涂层的厚度为10-20μm。
2.如权利要求1所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，该多个第一涂层的材质相同。
3.如权利要求2所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，该多个第一涂层为Ti涂层或者Zr涂层。
4.如权利要求2所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，该多个第一涂层为Ti0.46Mo0.54涂层或者Nb0.30Zr0.70涂层。
5.如权利要求3或4所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，每个第一涂层的厚度为300-500nm。
6.如权利要求1所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，该多个第一涂层的材质不同。
7.如权利要求6所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，每个第一涂层的厚度为300-500nm。
8.一种制造上述立方氮化硼刀具的方法，包括以下步骤：
步骤一：制造基体；
步骤二：在基体上通过PVD沉积第一涂层，重复该步骤直到至少两个第一涂层沉积结束；
步骤三：在第一涂层上沉积第二涂层，通过CVD进行沉积。
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