CN103537719B - 多层涂层切削刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层涂层切削刀具，该多层涂层切削刀具包括刀具基体和沉积于所述刀具基体上的复合涂层，所述复合涂层包括周期性相互交替沉积的TiAlVN层和TiAlSiN层。本发明的多层涂层切削刀具具有摩擦系数低、耐磨损性能高、抗冲击性能高、抗氧化性能好且被涂覆涂层与基体结合良好的优点。

Description

多层涂层切削刀具
技术领域
本发明涉及一种切削刀具，尤其涉及一种带有自润滑效应的多层结构涂层切削刀具。
背景技术
在切削刀具表面沉积一层高耐磨性和抗氧化性涂层可以大幅提高刀具的使用寿命并且满足高速、高效等恶劣加工条件需要。目前TiAlN涂层及其多层涂层由于具有良好的硬度和抗氧化性能及综合使用性能，是目前应用较为广泛的涂层材料。
近年来，一些新研究表明在TiAlN涂层体系中添加如Si、Zr、Cr、Nb、Ta、W、B等元素还可以进一步提升涂层的硬度或抗氧化性能。在Ti-Al-N涂层中加入Si元素形成的由非晶的Si3N4相包裹TiAlN纳米晶粒的纳米复合结构在改善Ti-Al-N涂层的抗氧化性能和热稳定性的同时还表现出超硬效应，从而受到刀具涂层研究人员的广泛关注，并逐渐在工业上得到应用。然而此类硬质涂层由于与加工材料的摩擦系数较高，增大了切削阻力和刀具表面粘屑程度，在一些对表面质量要求很高的加工领域及密闭加工环境，以及对润滑和排屑要求较高的场合存在一定的使用缺陷。
目前，普遍采用的技术方案是在硬质涂层表面再沉积一层润滑层达到减摩作用，如，中国专利文献CN1820880A介绍了一种适用于硬质合金的TiAlSiN材料涂层，涂层包括上部层和下部层，上部层由交替层叠结构的[Ti1-(A+B)AlASiB]N和[Ti1-(C+D)AlCSiD]N构成，下部层为单一相结构的（Ti，Al，Si）N涂层。在上述提到的硬质涂层表面再沉积一层如DLC（类金刚石）、MoS2等润滑层在一定程度上可以起到减摩作用，但是由于此类表面润滑层硬度较低，在切削加工中该润滑层很容易磨损掉，在切削刀具整个涂层完全磨损失效前不能持续提供减摩和润滑效果。目前，在TiAlN涂层中加入V元素（如TiAlVN四元涂层和TiAlN/VN多层涂层）在摩擦或高温氧化后由于涂层表面V2O5的形成及熔化，而使其摩擦系数显著降低。但是，V元素和O元素的亲和性较强而使TiAlVN和TiAlN/VN涂层的抗氧化温度降低，最终影响其切削应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有低摩擦系数、高耐磨损性能、高抗冲击性能、良好抗氧化性能且被涂覆涂层与基体结合良好的多层涂层切削刀具。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种多层涂层切削刀具，包括刀具基体和沉积于所述刀具基体上的复合涂层，所述复合涂层包括周期性相互交替沉积的TiAlVN层和TiAlSiN层。
上述的多层涂层切削刀具中，所述TiAlVN层的元素原子百分数（即原子个数的百分比）满足0.3≤Al/(Ti+Al+V)≤0.7，且0.01≤V/(Ti+Al+V)≤0.25。
上述的多层涂层切削刀具中，所述TiAlSiN层的元素原子百分数满足0.3≤Al/(Ti+Al+Si)≤0.6，且0.01≤Si/(Ti+Al+Si)≤0.25。
上述的多层涂层切削刀具中，所述TiAlVN层的单层厚度优选2nm～100nm，所述TiAlSiN层的单层厚度优选2nm～100nm。
上述的多层涂层切削刀具中，优选的，所述刀具基体与所述复合涂层之间还设有过渡层。
上述的多层涂层切削刀具中，优选的，所述过渡层由金属层和氮化物层组成。
上述的多层涂层切削刀具中，优选的，所述过渡层包括依次设置的Ti金属层、TiAl金属层和TiAlN氮化物层，所述Ti金属层沉积于所述刀具基体上。
上述的多层涂层切削刀具中，优选的，所述过渡层包括依次设置的Ti金属层、TiN氮化物层和TiAlN氮化物层，所述Ti金属层沉积于所述刀具基体上。
上述的多层涂层切削刀具中，所述过渡层的厚度优选20nm～200nm。
上述的多层涂层切削刀具中，所述多层涂层切削刀具的涂层总厚度优选0.5μm～10μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的多层涂层切削刀具中的多元复合涂层综合了两种不同成分涂层的特点和优势，其中TiAlVN层在切削过程中的自润滑效应可显著降低涂层刀具与涂层材料工件之间的摩擦系数，具有出色的减摩和润滑效果；而TiAlSiN层具有增强抗高温氧化性能和耐磨损性能的特点。在微观结构上交替沉积含V元素的TiAlVN层和不含V元素的TiAlSiN层，使得V元素宏观上贯穿于整个涂层厚度区间，在切削加工的摩擦和高温作用下涂层逐渐磨损，切削刀具的涂层表面持续有氧化物V2O5的形成和熔化，能够起到明显的减摩和润滑效果，直至刀具涂层最终完全磨损失效，从而避免了现有技术中硬质层和表面润滑层双层结构涂层由于表面润滑层过早磨损掉而不能持续提供减摩和润滑效果的缺陷。此外，多层涂层的界面强化效应还能进一步改善涂层的力学性能。
本发明的含TiAlVN/TiAlSiN多层涂层的切削刀具在具有自润滑效应的同时还表现出优异的抗氧化性能和力学性能。为了在涂层的抗氧化性能和润滑性能中获得良好的平衡，涂层成分中对Al元素、V元素和Si元素含量的控制也尤为重要。Al元素含量过低使得涂层抗氧化性能不足，而Al元素含量过高会引起涂层晶格由立方结构向六方结构转变，从而导致涂层力学性能的显著下降；V元素含量的增加对于提高涂层的自润滑性能有利，但涂层中过高的V元素含量同样会引起涂层整体抗氧化性能的显著降低；Si元素含量过高会引起涂层内应力的显著提高，而Si元素含量过低则起不到明显的细化涂层晶粒效果。
本发明的多层涂层切削刀具可以在刀具基体与复合涂层之间增加多级过渡层，实现了金属层-氮化物层-复合涂层元素组分的连续过渡，进一步改善了涂层与基体界面的结合与应力状况。
本发明的多层涂层通过对涂层结构和组分的设计，克服了传统硬质涂层摩擦性能差，普通硬质涂层结合表面润滑层双层结构涂层的表面润滑层很容易在早期磨损失效而不能持续提供减摩和润滑效果的缺陷，在切削刀具整个涂层完全磨损失效前可以持续提供减摩和润滑效果。本发明的多层涂层切削刀具实现了高润滑性能、高耐磨损性能、高抗冲击性能与良好抗氧化性能的匹配，并且被涂覆涂层与刀具基体结合力强，适用于硬质合金可转位刀片和整体硬质合金铣刀、钻头、绞刀、丝锥产品，同时也适用于金属陶瓷、非金属陶瓷、立方氮化硼等切削刀具材料的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1、实施例4、实施例5中多层涂层切削刀具的截面结构示意图。
图2为本发明实施例2、实施例3、实施例6、实施例7、实施例8、实施例9中多层涂层切削刀具的截面结构示意图。
图例说明：
1、刀具基体；2、Ti金属层；3、TiN氮化物层；4、TiAlN氮化物层；5、TiAlSiN层；6、TiAlVN层；7、过渡层；8、复合涂层；9、TiAl金属层。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
一种如图1所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度（即过渡层7和复合涂层8厚度之和，下同）为3.72μm。
复合涂层8包括由内向外设置的周期性相互交替沉积的TiAlSiN层5和TiAlVN层6，且最内层的TiAlSiN层5设于过渡层7上；TiAlSiN按原子比组成为Ti0.35Al0.6Si0.05N，TiAlVN按原子比组成为Ti0.45Al0.50V0.05N，Ti0.35Al0.6Si0.05N层的单层厚度为8nm，Ti0.45Al0.50V0.05N层的单层厚度为10nm；以最内层Ti0.35Al0.6Si0.05N层和第二内层Ti0.45Al0.50V0.05N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含200个周期，复合涂层8的厚度为3.6μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiN氮化物层3和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚120nm。
刀具基体1为直径6mm的整体硬质合金钻头。
一种上述本实施例的多层涂层切削刀具的制备方法，包括以下步骤：
（1）利用现有的粉末冶金方法制作硬质合金坯料，将所得硬质合金坯料经研磨后得到刀具基体1，该刀具基体1为直径6mm的整体硬质合金钻头；对刀具基体1进行刃口处理、表面处理和超声波清洗，以达到良好的刃口和表面质量，然后在涂层前采用氩离子对刀具基体1表面进行轰击，便于改善刀具基体1与涂层的结合；
（2）利用常规的PVD工艺在刀具基体1上沉积上述的Ti金属层2；
（3）利用常规的PVD工艺在Ti金属层2上沉积上述的TiN氮化物层3；
（4）利用常规的PVD工艺在TiN氮化物层3上沉积上述的TiAlN氮化物层4；
（5）利用常规的PVD工艺在TiAlN氮化物层4上沉积上述的TiAlSiN层5（Ti0.35Al0.6Si0.05N层）；
（6）利用常规的PVD工艺在前一个步骤的TiAlSiN层5上沉积TiAlVN层6（Ti0.45Al0.50V0.05N层）；
（7）利用常规的PVD工艺在前一个步骤的TiAlVN层6上沉积TiAlSiN层5（Ti0.45Al0.50V0.05N层）；
（8）重复步骤（6）和步骤（7），以最内层的TiAlSiN层5和第二内层的TiAlVN层6作为第一周期，直至得到共200个周期，切削刀具的涂层总厚度为3.72μm。
上述方法主要是根据各种刀具的要求使用不同成分的靶材Ti靶和TiAl靶用于过渡层制备，TiAlSi靶和TiAlV靶用于功能复合涂层制备作为涂层源，均采用PVD阴极弧涂层方式。
对比试验
对照刀具1（对比例1）为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同刀具基体组分的整体硬质合金钻头，对照刀具1的涂层为常规物理气相沉积方法制备的Ti0.5Al0.5N涂层，涂层厚度约3.72μm。
对照刀具2（对比例2）为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同刀具基体组分的整体硬质合金钻头，对照刀具2的涂层为常规物理气相沉积方法制备的Ti0.48Al0.52N/TiN交替周期性多层结构涂层，涂层厚度约3.5μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具、对照刀具1、对照刀具2均按照以下切削加工条件进行加工：
加工材料为42CrMo；
加工方式为钻削；
切削速度Vc=80m/min；
切削深度ap=35mm；
每转进给量f=0.2mm/r；
冷却方式：水性冷却液；
产品寿命标准为刀具后刀面磨损量Vb超过0.1mm或刀具崩缺、折断失效。
结果显示，本实施例的多层涂层切削刀具加工完2400个孔后，后刀面磨损量达到0.1mm，正常磨损失效；对照刀具1加工完1137个孔后刀具折断失效，对照刀具2加工完1825个孔后刀具严重崩缺失效。由此表明，在上述切削加工条件下，本实施例的多层涂层切削刀具寿命相较于对照刀具1提高110%以上，相较于对照刀具2提高30%以上。
实施例2
一种如图2所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度为3.96μm。
复合涂层8包括由内向外设置的周期性相互交替沉积的TiAlVN层6和TiAlSiN层5，TiAlVN按原子比组成为Ti0.35Al0.55V0.1N，TiAlSiN按原子比组成为Ti0.49Al0.5Si0.01N，Ti0.35Al0.55V0.1N层的单层厚度为8nm，Ti0.49Al0.5Si0.01N层的单层厚度为5nm；以最内层Ti0.35Al0.55V0.1N层和第二内层Ti0.49Al0.5Si0.01N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含300个周期，复合涂层8的厚度为3.9μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiAl金属层9和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAl按原子比组成为Ti0.5Al0.5，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚60nm。
刀具基体1为直径10mm的整体硬质合金钻头。
对比试验
对照刀具1（对比例1）为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的整体硬质合金钻头，对照刀具1的涂层为常规物理气相沉积方法制备的Ti0.5Al0.5N涂层+表面DLC（类金刚石）双层结构涂层，涂层总厚度约3.5μm。
选一对照刀具2（对比例2）为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的整体硬质合金钻头，对照刀具2的涂层为常规物理气相沉积方法制备的Al0.7Cr0.3N/Ti0.85Si0.15N交替周期性多层结构涂层，涂层总厚度约4μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具、对照刀具1、对照刀具2均按照以下切削加工条件进行加工：
加工材料为42CrMo；
加工方式为钻削；
切削速度Vc=80m/min；
切削深度ap=30mm；
每转进给量f=0.2mm/r；
冷却方式：水性冷却液；
产品寿命标准为刀具后刀面磨损量Vb超过0.1mm或刀具崩却、折断失效。
本实施例刀具加工完2200个孔后，后刀面磨损量达到0.12mm，正常磨损失效；对照刀具1加工完1563个孔后刀具严重崩缺失效；对照刀具2加工完1800个孔后，磨损量达到0.11mm，正常磨损失效。该条件下本实施例刀具寿命相比较对照刀具1提高40%以上，相比较对照刀具2提高20%以上。
实施例3
一种如图2所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度为3.08μm。
复合涂层8包括由内向外设置的周期性相互交替沉积的TiAlVN层6和TiAlSiN层5，TiAlVN按原子比组成为Ti0.39Al0.6V0.01N，TiAlSiN按原子比组成为Ti0.4Al0.5Si0.1N，Ti0.39Al0.6V0.01N层的厚度为8nm，Ti0.4Al0.5Si0.1N层的厚度为12nm；以最内层Ti0.39Al0.6V0.01N层和第二内层Ti0.4Al0.5Si0.1N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含150个周期，复合涂层8的厚度为3μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiAl金属层9和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAl按原子比组成为Ti0.5Al0.5，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚80nm。
刀具基体1为直径6mm的整体硬质合金四刃平头立铣刀。
对比试验
对照刀具1（对比例1）为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的整体硬质合金立铣刀，对照刀具1的涂层为常规物理气相沉积方法制备的Ti0.33Al0.67N涂层，涂层厚度约3μm。
对照刀具2（对比例2）为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的整体硬质合金立铣刀，对照刀具2的涂层为常规物理气相沉积方法制备的Al0.7Cr0.3N涂层，涂层厚度约3.6μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具、对照刀具1、对照刀具2均按照以下切削加工条件进行加工：
加工材料为SKD61；
加工方式为侧面铣削；
切削速度Vc=150m/min；
切削深度ap=6mm；
切削宽度ae=0.3mm；
每齿进给量fz=0.05mm/z；
冷却方式：压缩空气；
产品寿命标准为刀具后刀面磨损量Vb超过0.1mm或刀具崩却、折断失效。
本实施例刀具加工完360分钟后，后刀面磨损量为0.12mm，正常磨损失效；对照刀具1加工240分钟后，磨损量达到0.1mm，正常磨损失效；对照刀具2加工完200分钟后，刃口崩缺失效。该条件下本实施例刀具寿命相比较对照刀具1提高50%，相比较对照刀具2使用寿命提高90%。
实施例4
一种如图1所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度为3.18μm。
复合涂层8包括由内向外设置的周期性相互交替沉积的TiAlSiN层5和TiAlVN层6，TiAlSiN按原子比组成为Ti0.4Al0.35Si0.25N，TiAlVN按原子比组成为Ti0.2Al0.65V0.15N，Ti0.4Al0.35Si0.25N层的厚度为5nm，Ti0.2Al0.65V0.15N的厚度为5nm；以最内层Ti0.4Al0.35Si0.25N层和第二内层Ti0.2Al0.65V0.15N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含300个周期，复合涂层8的厚度为3μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiN氮化物层3和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚180nm。
刀具基体1为直径6mm的整体硬质合金两刃球头铣刀。
对比试验
选一对照刀具，该对照刀具为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的整体硬质合金球头铣刀，对照刀具的涂层为常规物理气象沉积方法制备的Ti0.4Al0.6N涂层，涂层厚度约2.8μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具和对照刀具均按照以下切削加工条件进行加工：
加工材料为SKD61；
加工方式为平面铣削；
切削速度Vc=200m/min；
切削深度ap=0.2mm；
切削宽度ae=0.2mm；
每齿进给量fz=0.1mm/z；
冷却方式：压缩空气；
产品性能评价标准为相同加工时间后比较不同刀具之间后刀面的磨损程度；
本实施例刀具加工完300分钟后，磨损量为0.06mm；对照刀具1加工300分钟后，磨损量达到0.10mm。该条件下相同加工时间内本实施例刀具相比较对照刀具磨损量减少40%，具有更佳的使用性能。
实施例5
一种如图1所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度为2.8μm。
复合涂层8中由内向外设有周期性相互交替沉积的TiAlSiN层5和TiAlVN层6，TiAlSiN层5按原子比组成为Ti0.45Al0.45Si0.1N，TiAlVN层6按原子比组成为Ti0.4Al0.5V0.1N，Ti0.45Al0.45Si0.1N层的厚度为12nm，Ti0.4Al0.5V0.1N层的厚度为15nm；以最内层Ti0.45Al0.45Si0.1N层和第二内层Ti0.4Al0.5V0.1N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含100个周期，复合涂层8的厚度为2.7μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiN氮化物层3和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚100nm。
刀具基体1为直径16mm的整体硬质合金两刃平头立铣刀。
对比试验
选一对照刀具，该对照刀具为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的整体硬质合金平头立铣刀，对照刀具的涂层为常规物理气象沉积方法制备的Ti0.33Al0.67N涂层，涂层厚度约2.5μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具和对照刀具均按照以下切削加工条件加工某型号模具产品：
加工材料为Nak80；
加工方式为沟槽铣削
切削速度Vc=80m/min
切削深度ap=0.8mm；
切削宽度ae=16mm
每齿进给量fz=0.05mm/z；
冷却方式：压缩空气；
产品性能评价标准为满足光洁度要求情况下，比较可加工沟槽数量。
本实施例刀具加工277个沟槽后正常磨损失效；对照刀具加工213个沟槽后因工件表面光洁度超差而失效。该条件下本实施例刀具相比较对照刀具加工加工后工件表面光洁度更好，使用寿命提高约30%。
实施例6
一种如图2所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度为2.2μm。
复合涂层8包括由内向外设置的周期性相互交替沉积的TiAlVN层6和TiAlSiN层5，TiAlVN按原子比组成为Ti0.6Al0.3V0.1N，TiAlSiN按原子比组成为Ti0.55Al0.3Si0.15N，Ti0.6Al0.3V0.1N层的厚度为8nm，Ti0.55Al0.3Si0.15N层的厚度为10nm；以最内层Ti0.6Al0.3V0.1N层和第二内层Ti0.55Al0.3Si0.15N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含120个周期，复合涂层8的厚度为2.16μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiAl金属层9和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAl按原子比组成为Ti0.5Al0.5，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚40nm。
刀具基体1为直径6mm的整体硬质合金两刃圆角立铣刀。
对比试验
选一对照刀具，该对照刀具为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的整体硬质合金圆角立铣刀，对照刀具的涂层为常规物理气象沉积方法制备的Al0.6Cr0.4N涂层，涂层厚度约3.0μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具和对照刀具均按照以下切削加工条件加工某型号手机外壳产品：
加工材料为SUS304；
加工方式为仿行铣削
切削转速V=8000r/min
切削深度ap=1mm；
切削宽度ae=1mm；
进给速度f=800mm/min；
冷却方式：压缩空气；
产品性能评价标准为满足光洁度要求情况下，比较可加工手机壳数量。
本实施例刀具加工500个手机壳后因工件表面光洁度超差而失效；对照刀具加工400个手机壳后因工件表面光洁度超差而失效。该条件下本实施例刀具相比较对照刀具加工后工件表面光洁度更好，使用寿命提高约25%。
实施例7
一种如图2所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度为1.26μm。
复合涂层8包括由内向外设置的周期性相互交替沉积的TiAlVN层6和TiAlSiN层5，TiAlVN按原子比组成为Ti0.30Al0.45V0.25N，TiAlSiN按原子比组成为Ti0.5Al0.45Si0.05N，Ti0.30Al0.45V0.25N的厚度为4nm，Ti0.5Al0.45Si0.05N层的厚度为8nm；以最内层Ti0.30Al0.45V0.25N层和第二内层Ti0.5Al0.45Si0.05N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含100个周期，复合涂层8的厚度为1.2μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiAl金属层9和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAl按原子比组成为Ti0.5Al0.5，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚60nm。
刀具基体1为直径1mm的整体硬质合金两刃平头立铣刀。
对比试验
选一对照刀具，该对照刀具为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的整体硬质合金圆角立铣刀，对照刀具的涂层为常规物理气象沉积方法制备的Al0.7Cr0.3N涂层，涂层厚度约1.5μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具和对照刀具均按照以下切削加工条件加工某型号手机外壳产品：
加工材料为SUS304；
加工方式为底、侧面铣削；
切削转速V=10000r/min；
切削深度ap=1mm；
切削宽度ae=0.5mm；
进给速度f=1000mm/min；
冷却方式：压缩空气；
产品性能评价标准为满足精度要求下比较可加工手机壳数量。
本实施例刀具加工600个手机壳后磨损失效；对照刀具加工450个手机壳后磨损失效。该条件下本实施例刀具相比较对照刀具寿命提高约33%。
实施例8
一种如图2所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度为6.12μm。
复合涂层8包括由内向外设有周期性相互交替沉积的TiAlVN层6和TiAlSiN层5，TiAlVN按原子比组成为Ti0.40Al0.58V0.02N，TiAlSiN按原子比组成为Ti0.5Al0.42Si0.08N，Ti0.40Al0.58V0.02N层的厚度为15nm，Ti0.5Al0.42Si0.08N层的厚度为25nm；以最内层Ti0.40Al0.58V0.02N层和第二内层Ti0.5Al0.42Si0.08N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含150个周期，复合涂层8的厚度为6μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiAl金属层9和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAl按原子比组成为Ti0.5Al0.5，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚120nm。
刀具基体1为CNMG120408型号的硬质合金车削刀片。
对比试验
选一对照刀具，该对照刀具与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的硬质合金车削刀片，对照刀具的涂层为常规物理气象沉积方法制备的Ti0.5Al0.5N涂层，涂层厚度约6μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具和对照刀具均按照以下切削加工条件进行对比试验：
加工材料为1Cr18Ni9Ti；
加工方式为外圆连续车削；
切削转速Vc=120m/min；
切削深度ap=1mm；
每转进给量f=0.2mm/r；
冷却方式：压缩空气；
产品寿命标准为刀具后刀面磨损量Vb超过0.3mm或刃口崩缺。
本实施例刀具加工68分钟后刃口磨损失效；对照刀具加工54分钟后刃口磨损失效。该条件下本实施例刀具相比较对照刀具寿命提高约25%。
实施例9
一种如图2所示的本发明的多层涂层切削刀具，由内向外依次由刀具基体1、过渡层7和复合涂层8组成，涂层总厚度为3.18μm。
复合涂层8包括由内向外设置的周期性相互交替沉积的TiAlVN层6和TiAlSiN层5，TiAlVN按原子比组成为Ti0.28Al0.7V0.02N，TiAlSiN按原子比组成为Ti0.5Al0.44Si0.06N，Ti0.28Al0.7V0.02N层的厚度为10nm，Ti0.5Al0.44Si0.06N层的厚度为20nm；以最内层Ti0.28Al0.7V0.02N层和第二内层Ti0.5Al0.44Si0.06N层作为第一周期，则复合涂层8由内向外共包含100个周期，复合涂层8的厚度为3μm。
过渡层7包括由内向外依次设置的Ti金属层2、TiAl金属层9和TiAlN氮化物层4，且Ti金属层沉积于刀具基体1上，TiAl按原子比组成为Ti0.5Al0.5，TiAlN按原子比组成为Ti0.5Al0.5N，过渡层7总厚180nm。
刀具基体1为SEET12T3型号的硬质合金铣削刀片。
对比试验
选一对照刀具，该对照刀具为与上述本实施例的多层涂层切削刀具具有相同形状和相同基体组分的硬质合金铣削刀片，对照刀具的涂层为常规物理气象沉积方法制备的Ti0.5Al0.5N涂层，涂层厚度约3.8μm。
将上述本实施例的多层涂层切削刀具和对照刀具均按照以下切削加工条件进行对比试验：
加工材料为Naka80；
加工方式为平面铣削；
切削转速Vc=180m/min；
切削深度ap=1mm；
切削宽度ae=50mm；
每齿进给量fz=0.2mm/z
冷却方式：压缩空气；
产品寿命标准为刀具后刀面磨损量Vb超过0.3mm或刃口崩缺。
本实施例刀具加工43分钟后刃口崩缺失效；对照刀具加工35分钟后刃口崩缺失效。该条件下本实施例刀具相比较对照刀具寿命提高约20%以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多层涂层切削刀具，包括刀具基体和沉积于所述刀具基体上的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括周期性相互交替沉积的TiAlVN层和TiAlSiN层；所述TiAlVN层中，元素原子百分数满足0.3≤Al/(Ti+Al+V)≤0.7，且0.01≤V/(Ti+Al+V)≤0.25；所述TiAlSiN层中，元素原子百分数满足0.3≤Al/(Ti+Al+Si)≤0.6，且0.01≤Si/(Ti+Al+Si)≤0.25。
2.根据权利要求1所述的多层涂层切削刀具，其特征在于，所述TiAlVN层的单层厚度为2nm～100nm，所述TiAlSiN层的单层厚度为2nm～100nm。
3.根据权利要求1所述的多层涂层切削刀具，其特征在于，所述刀具基体与所述复合涂层之间还设有过渡层。
4.根据权利要求3所述的多层涂层切削刀具，其特征在于，所述过渡层由金属层和氮化物层组成。
5.根据权利要求4所述的多层涂层切削刀具，其特征在于，所述过渡层包括依次设置的Ti金属层、TiAl金属层和TiAlN氮化物层，所述Ti金属层沉积于所述刀具基体上。
6.根据权利要求4所述的多层涂层切削刀具，其特征在于，所述过渡层包括依次设置的Ti金属层、TiN氮化物层和TiAlN氮化物层，所述Ti金属层沉积于所述刀具基体上。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的多层涂层切削刀具，其特征在于，所述过渡层的厚度为20nm～200nm。
8.根据权利要求4～6中任一项所述的多层涂层切削刀具，其特征在于，所述多层涂层切削刀具的涂层总厚度为0.5μm～10μm。
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