CN103924211B - CVD涂覆的多晶c-BN切削刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及CVD涂覆的多晶c‑BN切削刀具。在此提供了CVD涂覆的切削刀具。在某些实施例中，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。

Description

CVD涂覆的多晶c-BN切削刀具
技术领域
本发明涉及具有通过化学气相沉积（CVD）施加的涂层的切削刀具，并且具体地涉及CVD涂覆的多晶立方氮化硼（PcBN）切削刀具。
背景技术
切削刀具已在有涂层和无涂层两种情况下用于对金属和合金进行机加工。为了提高切削刀具的耐磨损性和寿命，已经将一个或多个耐火材料层施加到切削刀具表面上。例如，已经通过CVD将TiC、TiCN、TiOCN、TiN和Al2O3施加到烧结碳化物基底上。
此外，考虑到cBN的高硬度和热稳定性（高达约980℃），基于多晶立方氮化硼（PcBN）基底的切削刀具在金属加工行业中继续获得重视。类似于烧结碳化物，基于PcBN基底的切削刀具还可以从用于不同切削应用的耐火涂层的施加中获益，这些切削应用包括对表面硬化钢和完全硬化钢、超耐热合金以及铸铁进行机加工。然而，尽管总体上对于抑制磨损和延长PcBN工具寿命是有效的，但是耐火涂层在涉及具有差的可机械加工性的材料（诸如未时效铸铁）的应用中已经很艰难。
发明内容
在一个方面，描述了PcBN切削刀具，这些切削刀具具有粘附到其上的涂层，在某些实施例中这些涂层展示出希望的耐磨损性以及增加的切削寿命。例如，在某些实施例中，在此说明的涂覆的PcBN切削刀具在使用具有差的可机械加工性的材料（诸如未时效铸铁）的应用中超过先前的切削刀具展示出提高的寿命。
在某些实施例中，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。在某些实施例中，该基底包括大于85重量百分比的PcBN。此外，在一个工件接触区域中该涂层表面粗糙度（Ra）可以是小于250nm或者小于200nm。
在另一个方面，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括直接沉积在该PcBN基底上的一个第一Al2O3层和沉积在该涂层的一个层上的一个第二Al2O3层，该涂层的这个层包括选自铝和周期表第IVB族、第VB族、以及第VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素和选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族、以及第VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。
在另一个方面，在此描述了制造涂覆的切削刀具的方法。在某些实施例中，一种制造涂覆的切削刀具的方法包括：提供一个PcBN基底并且在该基 底上通过化学气相沉积来沉积一个含一个或多个Al2O3层的涂层。在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中将所沉积的涂层抛光到小于600nm的表面粗糙度（Ra）。在某些实施例中，在一个工件接触区域中，将所沉积的涂层抛光到小于250nm或小于200nm的表面粗糙度（Ra）。另外，在某些实施例中，对所沉积的涂层进行抛光并未改变或者实质上改变该涂层的应力状况。此外，该基底可以包括大于85重量百分比的PcBN。
在另外一个方面，在此描述了对未时效铸铁工件进行机加工的方法。一种对未时效铸铁工件进行机加工的方法包括：提供一个涂覆的切削刀具，该切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到其上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该抛光的涂层在用于接触该工件的区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。用该涂覆的PcBN切削刀具来对该未时效铸铁工件进行机加工，其中该涂覆的切削刀具展示出与一个基本上相同的、CVD涂覆的、其中该涂层在工件接触区域中未被抛光的PcBN切削刀具相比在切削寿命方面至少30%的增量。
在下面的详细说明中进一步说明了这些和其他实施例。
附图说明
图1展示了根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的基底。
图2展示了根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的基底。
图3展示了根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的基底。
图4展示了根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的基底。
具体实施方式
通过参考以下详细说明和实例以及它们的上述和以下说明可以更容易地理解在此说明的实施例。但是，在此说明的元素、设备和方法并不局限于在该详细说明和实例中呈现的具体实施例。应该认识到，这些实施例仅是本发明原理的展示。在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出的许多修改和修正将是本领域的普通技术人员容易明白的。
I.涂覆的切削刀具
在一个方面，描述了PcBN切削刀具，这些切削刀具具有粘附到其上的涂层，在某些实施例中这些涂层展示出希望的耐磨损性以及增加的切削寿命。在此说明的一种涂覆的切削刀具可以包括一个含有大于85体积百分比PcBN的PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。在某些实施例中，在一个工件接触区域中该涂层表面粗糙度（Ra）是小于250nm或者小于200nm。
在另一个方面，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括直接沉积在该PcBN基底上的一个第一Al2O3层以及沉积在该涂层的一个层上的一个第二Al2O3层，该涂层的这个层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金 属元素，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。
现在转向具体的部件，在此说明的一种涂覆的切削刀具包括一个PcBN基底。PcBN基底可以包括不与本发明的目的相矛盾的任何量的PcBN。例如，PcBN基底可以包括大于85重量百分比的PcBN。在某些实施例中，在此说明的一种切削刀具基底包括选自表I中的量的PcBN。
表I–切削刀具基底的PcBN重量百分比
此外，在此说明的切削刀具的PcBN基底还可以包括陶瓷或金属粘结剂。用于PcBN基底的适合的陶瓷粘结剂可以包括：钛、钨、钴或者铝的氮化物、碳氮化物、碳化物和/或硼化物。例如，在某些实施例中，PcBN基底包括AlN、AlB2或它们的混合物的一种粘结剂。此外，在某些实施例中，一种粘结剂包括任意上述陶瓷或金属粘结剂的固溶体。
在此说明的PcBN基底的成分确定可以通过X射线衍射（XRD）来进行。可以根据切削刀具几何形状来分析该切削刀具基底的前刀面或肋侧面。 对于在此说明的PcBN基底的组成相分析，可以使用装配有尤拉环（Eulerean cardle）的PANalytical X’pert MRD衍射系统和用于PcBN坯块和尖端的微聚焦光学器件，或装配有用于分析PcBN整体实心件的可编程光学器件的一个PANalytical X’pert MPD。
两种x射线衍射系统均被配置成具有聚焦射束光学器件、并装配有一个x射线铜管，操作参数为45KV和40MA。为了分析整体实心件，PANalytical MRD装配有可编程的发散狭缝和可编程的防散射狭缝。x射线束宽度由适当的掩盖物尺寸控制，并且x射线束长度则使用可编程的光学器件固定在2mm。该PANalytical MPD装配有一个线性带状固态x射线检测器和镍β过滤器。
该PANalytical X’pert MRD系统被配置成具有一个100μ亦或500μ焦点的微聚焦单毛细管光学器件，这取决于PcBN坯块的尺寸。该PANalytical MRD装配有一个线性条固态x射线检测器和镍β过滤器。
对分析扫描范围、计数时间和扫描速率继续选择以提供用于里特沃尔德（Rietveld）分析的最佳数据。拟合一个背景轮廓，并在PcBN基底衍射数据上进行峰搜索，以识别所有的峰位置和峰强度。峰位置和强度数据被用来使用任何可商购的晶相数据库来识别该PcBN基底的晶相组成。
对于存在于该基底中的每个晶相来输入晶体结构数据。典型的里特沃尔德精修参数设置为：
里特沃尔德精修典型地包括：
实现可接受的加权R-值的任何附加参数。
具有在此说明的组成参数的PcBN基底可以被提供在不同的构造中。例如，一种涂覆的切削刀具可以包括一个独立式整体实心件PcBN基底。可替代地，一个PcBN基底是作为通过钎焊或其他接合技术附接到一个支撑体上的一个坯块或镶片而提供的。此外，一个PcBN基底可以是在一个支撑体上的全顶或者全顶/全底式切削镶片。
图1展示了根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削刀具的整体实心件PcBN基底。PcBN基底（10）包括一个侧表面（12）和一个前刀面 （14），其中侧表面（12）和前刀面（14）相交而提供一个切削刃（16）。该基底还包括一个孔（18），该孔可用于将基底（10）固定到一个刀夹具上。
图2展示了根据另一个实施例的一个涂覆的切削刀具的PcBN基底，其中该PcBN基底被提供为通过钎焊或其他技术结合到一个支撑体上的一个坯块（compact）或镶片。如图2所展示，切削刀具（20）包括一个支撑体（22），该支撑体具有在支撑体（22）的相对拐角中的凹口（24、26）。在某些实施例中，支撑体（22）包括烧结金属碳化物，如具有钴粘结剂的碳化钨。一个PcBN基底（28）被提供为通过钎焊或其他技术附于每个凹口（24、26）中的一个坯块或镶片。PcBN基底（28）具有一个前刀面（30）和至少一个侧表面（32）。一个切削刃（34）形成在前刀面（30）和至少一个侧表面（32）的连接处。图2的实施例中的切削刀具进一步包括一个孔（36），该孔可以辅助将切削刀具（20）连接到一个刀夹具上。
图3展示了根据一个实施例的一个涂覆的切削刀具的PcBN基底，其中该PcBN基底被提供为在一个支撑体的顶表面上的一个镶片。如图3所展示，切削刀具（50）包括一个支撑体（52），该支撑体具有一个顶表面（54）以及一个底表面（53）。例如，在某些实施例中，支撑体（52）包括烧结金属碳化物，如具有钴粘结剂的碳化钨。PcBN基底（58）通过钎焊或其他结合技术而连接到支撑体（52）的顶表面（54）上。PcBN基底（58）包括一个前刀面（62）和至少一个侧表面（64），其中一个切削刃（66）形成在前刀面（62）和至少一个侧表面（64）的连接处。
另外，在某些实施例中，一个第二PcBN基底通过硬钎焊或者其他结合技术而连接到该支撑体的底表面上以便提供一种构形，其中该支撑体被夹在PcBN的顶层与底层之间。图4展示了一个实施例，其中支撑体（52）被夹在PcBN的顶部基底（58）与底部基底（59）之间。如图4中所展示的，底部PcBN基底（59）还包括一个前刀面（未示出）和至少一个侧表面（67），其中一个切削刃（68）形成在该前刀面和至少一个侧表面（67）的连接处。
如在此说明的，粘附到该PcBN基底上的一个抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。在某些实施例中，该抛光的涂层的一个Al2O3层是直接沉积在该PcBN基底的一个表面上。可替代地，一个Al2O3层被沉积在该涂层的一个内层上，该涂层的这个内层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属元素。例如，一个Al2O3层可以沉积在该涂层的一个TiN、TiC、或TiCN内层上。
此外，其上可以沉积Al2O3层的一个内层是粘结层或者改性层。粘结层或者改性层可以用于增加在Al2O3层与在下面的层（诸如TiCN）之间的粘附力、和/或使该Al2O3层具有所希望的形貌。适合的粘结/改性层包括：TiOCN、TiAlOCN、或者其混合物（TiOCN/TiAlOCN）。在某些实施例中，粘结/改性层具有足够的厚度以便在Al2O3沉积之后保持一部分的涂层结构。在其他实施例中，粘结/改性层在Al2O3沉积的过程中被消耗并且在最终的涂层结构中不具有可辨识的存在。
在某些实施例中，一个第一Al2O3层被直接沉积在该PcBN基底上并且一个第二Al2O3层被沉积在该涂层的一个内层上，该涂层的这个内层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属元素。在某些实施例中，该第二Al2O3层是沉积在该涂层的一个TiN、TiC、或TiCN层上。在该TiN、TiC、或TiCN层上沉积该第二Al2O3层的过程中可以使用一个粘结或改性层。
在此说明的抛光涂层的一个Al2O3层可以包括一个或多个结晶相。在某些实施例中，一个Al2O3层是α-Al2O3、κ-Al2O3、或者α/κ-Al2O3混合体。另外，一个涂层的多个单独的Al2O3层可以各自展示出相同的结晶相或者不同的结晶相。例如，在一个实施例中，一个涂层的一个第一Al2O3层是α-Al2O3，而一个第二Al2O3层是κ-Al2O3。在另一个实施例中，一个涂层的第一和第二Al2O3层都是单相α-Al2O3。
此外，在此说明的抛光的涂层的一个Al2O3层可以具有不与本发明的目的相矛盾的任何所希望的厚度。在某些实施例中，该涂层的一个Al2O3层具有选自表II的厚度。
表II-Al2O3层的厚度（μm）
在其中存在着多个Al2O3层的一些涂层实施例中，一个Al2O3层的厚度可以根据该层在该涂层中的位置进行选择。例如，直接沉积在该PcBN基底上的一个初始Al2O3层可以具有小于1μm的厚度，而沉积在该初始层上的随后的一个或多个Al2O3层具有大于1μm、如3-15μm的厚度。可替代地，直接沉积在该PcBN基底上的一个初始Al2O3层可以具有至少约5μm或者至少约10μm的厚度。在某些实施例中，直接沉积在该PcBN基底上的一个Al2O3层具有的厚度的范围是从5μm到20μm。
一个Al2O3层可以是该涂层的最外层。例如，在某些实施例中，可以在抛光的过程中去除一个或多个涂覆层，由此部分地或完全暴露出一个在下面的Al2O3层。可替代地，一个Al2O3层不是该涂层的最外层。在某些实施例中，在抛光后一个或多个外层保留在该涂层的一个或多个Al2O3层上。在此类实施例中，一个涂覆外层可以包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第VIA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属元素。例如，在某些实施例中，一个抛光的涂层的一个外层是TiN、TiC、或者TiCN。此外，一种外层构造可以包括TiN层与TiCN层的一种组合（TiN/TiCN）。
在此说明的涂层的内层和外层可以具有不与本发明的目的相矛盾的任何厚度。在某些实施例中，一个涂层的内层和/或外层可以具有的厚度的范围是从0.5μm到5μm。另外，在此说明的一个抛光的涂层可以具有小于12μm的总厚度（所有涂覆层的总和）。在某些实施例中，一个抛光的涂层具有的总厚度是小于10μm或者小于3μm。在此说明的一个抛光的涂层可以具有范围是从1-12μm或者从2-10μm的总厚度。
此外，一个粘附到PcBN基底上的抛光的涂层可以具有在此说明的一个或多个Al2O3层、一个或多个内层和/或一个或多个外层的任何安排或结构。在某些实施例中，在此说明的一个涂覆的切削刀具具有选自表III中的结构。在表III中提供的涂层结构是以邻近于该基底的最内层开始并且继续到最外层。
表III–涂覆的切削刀具的结构
具有在此说明的结构的一个抛光的CVD涂层在该PcBN切削刀具的用于接触工件的一个区域中显示出小于600nm的表面粗糙度（Ra）。一个切削刀 具的工件接触区域可以包括该刀具的一个或多个切削刃。例如，在某些实施例中，一个工件接触区域是该切削刀具的珩磨区域。在多个实施例中，在此说明的一个抛光的涂层在工件接触区域中具有选自表IV中的表面粗糙度（Ra）。
表IV–抛光的涂层的表面粗糙度（Ra）
涂层的表面粗糙度可以通过光学轮廓测定法使用系列光学轮廓仪来测定，该光学轮廓仪可购自纽约州普莱恩维尔市的维易科仪器公司（VeecoInstruments,Inc.,Plainview,New York）。
如在此进一步讨论的，可以对涂层进行抛光以便在十分温和的条件下获得希望的表面粗糙度，以便不改变该抛光的区域中涂层的应力状况。例如，在某些实施例中，抛光并不降低该涂层中残余张应力的水平和/或增加残余压应力的水平。在通过抛光去除了外层的某些实施例中，这种抛光并未改变或者实质上改变该涂层的这个或这些剩余层的应力状况。此外，在此说明的涂层可以展示出与被抛光时一致的表面形态和结构，诸如条纹和/或有方向依赖性的抛光线。
II.制造涂覆的切削刀具的方法
在另一个方面，在此描述了制造涂覆的切削刀具的方法。在某些实施例中，一种制造涂覆的切削刀具的方法包括：提供一个PcBN基底并且在该基底上通过化学气相沉积来沉积一个含有一个或多个Al2O3层的涂层。在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中将所沉积的涂层抛光到小于600nm的表面粗糙度（Ra）。
现在转向具体的步骤，在此说明的一种方法包括提供一个含PcBN的基底。可以使用在上文的第I部分中所叙述的任何PcBN基底。例如，一个基底可以具有选自本文中表I中的PcBN含量。例如，在一个实施例中，该PcBN基底可以包括大于85重量百分比的PcBN。在某些实施例中，提供了一个粗糙成型的PcBN基底，并且用一个金刚石研磨轮来研磨该基底的顶部/底部/周缘/T形台面。用格柏（Gerber）法来添加珩磨区（hone），该格柏法使用了一个具有适当粒度的松散金刚石介质的平刷以实现目标珩磨石尺寸。此外，该PcBN基底可以用陶瓷颗粒如氧化铝颗粒进行湿喷射的涂覆前的处理。该湿喷射处理清洁了该PcBN基底表面并且使其准备用于在此说明的涂层的CVD沉积。该经喷射的PcBN基底可以在一个超声水浴中进行洗涤以便去除来自该湿喷射处理的任何外来颗粒和膜。
在该PcBN基底的表面上通过化学气相沉积来沉积包括一个或多个Al2O3层的一个涂层。该涂层可以具有在本文的第I部分中描述的任何构造、组成参数和/或特性。例如，在某些实施例中，通过CVD根据在此说明的一种方法沉积的一个涂层具有选自上表III中的一种结构。此外，在此说明的涂层的多个单独的层可以由具有表V中提供的多种组分的反应物气体混合物来沉积。
表V–涂覆层的反应物气体混合物
*粘结/改性层
如本领域普通技术人员已知的，表V中列出的单独涂覆层所特有的结构参数，如希望的厚度、晶粒尺寸和/或结晶相，可以通过改变沉积时间、温度和压力这些CVD工艺参数以及该混合物中反应物气体种类的组成百分比来实现。
在沉积之后，在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中将该CVD涂层抛光到小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。在某些实施例中，在工件接触区域中将该CVD涂层抛光到具有选自上表IV中的一个值的表面粗糙度（Ra）。
一个切削刀具的工件接触区域可以包括该工具的一个或多个切削刃。例如，在某些实施例中，一个工件接触区域是该切削刀具的珩磨区域。抛光可以通过施加具有适当的金刚石或陶瓷砂砾尺寸的糊剂来进行。在某些实施例中，该糊剂的砂砾尺寸的范围是从1μm到10μm。在一个实施例中，使用5-10μm金刚石砂砾糊剂来抛光该涂层。此外，砂砾糊剂可以通过不与本发明的目的相矛盾的任何装置（诸如刷子）来涂敷到该CVD涂层上。例如，在一个实施例中，使用一个平刷来将砂砾糊剂涂敷到该PcBN切削刀具的工件接触区域中的CVD涂层上。
在该切削刀具的工件接触区域中将涂层抛光，持续足以实现希望的表面粗糙度（Ra）的一个时间段。如在此所描述的，抛光条件可以进行选择以便不改变或实质上改变该抛光的区域中涂层的应力状况。例如，在某些实施例中，抛光并未减少该涂层中残余张应力的水平和/或增加残余压应力的水平。如本领域普通技术人员已知的，该涂层的一个或多个层的抛光前后的应力状况可以通过XRD使用Sin2ψ方法、参照来自所分析的层的适当晶体平面（hkl）的反射来进行确定。
在某些实施例中，抛光并未去除该涂层的一个或多个外层。参见上文的表III，抛光并未去除一个或多个TiN、TiCN、TiN/TiCN和/或Al2O3外层。可替代地，在某些实施例中，抛光的确去除了或者部分去除了该涂层的一个或多个外层。可以部分地或完全去除一个或多个TiN和/或TiCN外层，由此暴露出一个在下面的Al2O3层。在通过抛光去除了一个或多个外层的某些实施例中，该抛光并未改变或者实质上改变该涂层的这个或这些剩余层的应力状况。
在被抛光的过程中，在此说明的一个CVD涂层并未经受涂覆后的喷射或者喷丸技术，如用陶瓷或者其他颗粒类型进行的湿或干喷射。此外，该涂覆的切削刀具可以在一个超声水浴中进行清洁以便去除来自该抛光过程的任何残余糊剂或者砂砾。
III.对未时效铸铁进行机加工的方法
在另外一个方面，在此描述了对未时效铸铁工件进行机加工的方法。一种对未时效铸铁工件进行机加工的方法包括：提供一个涂覆的切削刀具，该切削刀具包括一个PcBN基底以及一个粘附到其上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的一个或多个Al2O3层，其中该抛光的涂层在用于接触该铸铁工件的一个区域中具有小于约600nm的表面粗糙度（Ra）。用该涂覆的PcBN切削刀具来对该未时效铸铁工件进行机加工，其中该涂覆的切削刀具展示出与一个基本上相同的、CVD涂覆的、在该工件接触区域中未对该涂层进行抛光的PcBN切削刀具相比在切削寿命方面至少30%的增加。如在此使用的，未时效铸铁工件是指从灌注起不到3天的铸铁工件。
包括一个PcBN基底和一个粘附到其上的抛光的涂层的该涂覆的切削刀具可以具有在上文的第I部分中描述的任何构造、组成参数和/或特性。例如，在某些实施例中，该涂覆的PcBN切削刀具包括一个具有选自本文表I中的PcBN含量的基底以及选自本文表III中的涂层结构。此外，该涂层可以在一个工件接触区域中具有选自本文表IV中的表面粗糙度（Ra）。
在某些实施例中，与在工件接触区域中未对涂层进行抛光的一个基本上相同的涂覆的切削刀具相比较，包括一个PcBN基底和一个粘附到其上的抛光的涂层的该涂覆的切削刀具展示出了根据表VI的针对未时效铸铁而言的切削寿命上的增加。
表VI–在对未时效铸铁进行机加工时切削寿命的增加
另外，在某些实施例中，与一个基本上相同的、涂覆的、其中在该工件接触区域中对该涂层进行颗粒喷射的PcBN切削刀具相比较，包括一个PcBN基底和一个粘附到其上的抛光的涂层的一个涂覆的切削刀具展示出针对未时效铸铁而言在切削寿命上至少10%的增加。
如以下这些实例中提供的，使在此说明的、具有抛光的CVD涂层的多个涂覆的PcBN切削刀具和具有未抛光的CVD涂层的多个对比性切削刀具经受相同的切削条件以便进行寿命评估。此外，用在此说明的涂覆的PcBN切削刀具所机加工的这些未时效铸铁是灰（灰口）铸铁。
通过以下的非限制性实例进一步展示这些和其他实施例。
实例1
涂覆的切削刀具本体
通过将一个PcBN切削镶片基底[ANSI几何形状CNM433S0820]置于一个轴流式热壁CVD反应器中来生产具有在此说明的构造的涂覆的PcBN切削刀具（A）。在放入该CVD反应器中之前，如上文的第II部分中描述的将该 PcBN基底进行准备和清洁。该基底包括90重量百分比的PcBN与余量的AlN和AlB2粘结剂。根据表VII中提供的CVD工艺参数在PcBN基底（A）上沉积了一个具有此处描述的结构的涂层。
表VII–涂层的CVD沉积
所得的多层式CVD涂层展示了表VIII中提供的这些特性。
表VIII-CVD涂层的特性
随后在PcBN切削刀具（A）的珩磨区域中使用经由平刷施加的5-10μm的金刚石砂砾糊剂将该CVD涂层抛光至小于250nm的表面粗糙度（Ra）。该CVD涂层的抛光去除了切削刃处的TiN外层。然后将涂覆的PcBN切削刀具（A）在一个超声水浴中进行洗涤以便去除任何残余的砂砾或者糊剂。
实例2
涂覆的切削刀具本体
通过将一个PcBN切削镶片基底[ANSI几何形状CNMA433S0820]置于一个轴流式热壁CVD反应器中来生产具有在此说明的构造的涂覆的PcBN切削刀具（B）。在放入该CVD反应器中之前，如上文的第II部分中描述的将该PcBN基底进行准备和清洁。该基底包括90重量百分比的PcBN与余量的AlN和AlB2粘结剂。根据表IX中提供的CVD工艺参数在该PcBN基底上沉积了一个具有此处描述的结构的涂层。
表IX-涂层的CVD沉积
*中温
**改性层
所得的多层式CVD涂层展示了表X中提供的这些特性。
表X-CVD涂层的特性
随后在PcBN切削刀具（B）的珩磨区域中使用经由平刷施加的5-10μm的金刚石砂砾糊剂将该CVD涂层抛光至小于250nm的表面粗糙度（Ra）。该CVD涂层的抛光去除了切削刃处的TiN外层。然后将涂覆的PcBN切削刀具（B）在一个超声水浴中进行洗涤以便去除任何残余的砂砾或者糊剂。
实例3
涂覆的切削刀具本体
如下生产了具有在此说明的构造的涂覆的PcBN切削刀具（C-E）。根据表XI来提供切削刀具C-E的PcBN基底。
表XI–PcBN基底
在放入一个轴流式热壁CVD反应器中之前，如上文的第II部分中描述的将PcBN基底（C-E）进行准备和清洁。根据表XII中提供的CVD工艺参数在每个PcBN基底（C-E）上沉积了一个具有此处描述的结构的涂层。
表XII-涂层的CVD沉积
所得的CVD多层式涂层展示了表XIII中提供的这些特性。
表XIII-CVD涂层的特性
随后在每个PcBN切削刀具（C-E）的珩磨区域中使用经由平刷施加的5-10μm的金刚石砂砾糊剂将该CVD涂层抛光至小于250nm的表面粗糙度（Ra）。该CVD涂层的抛光去除了切削刃处的TiN外层，直到该TiN外层被去除。然后将该涂覆的PcBN切削刀具在一个超声水浴中进行洗涤以便去除任何残余的砂砾或者糊剂。
实例4
涂覆的切削刀具本体
对多个涂覆的PcBN切削刀具（F和G）各自提供如以上实例2中所列出的一个抛光的CVD涂层。根据表XIV来提供涂覆的切削刀具（F和G）的PcBN基底。
表XIV–PcBN基底
实例5
涂覆的切削刀具本体
如下生产了具有在此说明的构造的涂覆的PcBN切削刀具（H和I）。根据表XV来提供切削刀具（H和I）的PcBN基底。
表XV–PcBN基底
在放入一个轴流式热壁CVD反应器中之前，如上文的第II部分中描述的将PcBN基底（H和I）进行准备和清洁。根据表XVI中提供的CVD工艺参数在各个PcBN基底（H和I）上沉积了一个具有此处描述的结构的涂层。
表XVI-涂层的CVD沉积
所得的多层式CVD涂层展示了表XVII中提供的这些特性。
表XVII-CVD涂层的特性
随后在每个PcBN切削刀具（H和I）的珩磨区域中使用经由平刷施加的5-10μm的金刚石砂砾糊剂将该CVD涂层抛光至小于250nm的表面粗糙度（Ra）。该CVD涂层的抛光去除了切削刃处的TiN外层。然后将涂覆的PcBN切削刀具（H和I）在一个超声水浴中进行洗涤以便去除任何残余的砂砾或者糊剂。
实例6
切削刀具寿命
将实施例1的CVD涂覆的PcBN切削刀具（A）进行针对时效的灰铸铁的切削寿命测试，与对比性CVD涂覆的PcBN切削刀具（J和K）进行比较。如表XVIII中提供的，对比性涂覆的PcBN切削刀具（J和K）享有与切削刀具（A）相同的基底和CVD涂层结构。然而，对比性切削刀具（J和K）的CVD涂层并未在该切削刀具的工件接触区域中被抛光到在此说明的表面粗糙度（Ra）。此外，将对比性切削刀具（J）用Al2O3颗粒浆料进行湿喷射至小于约250nm的表面粗糙度。
表XVIII–对比性CVD涂覆的PcBN切削刀具
关于寿命测试，对每个CVD涂覆的PcBN切削镶片（A、J、以及K）如下地测试两个切削刃：
工件–时效的等级30的灰铸铁管，具有（w/OD尺度）
进给速率-0.016ipr
切口深度-0.060英寸
导程角：-5°
冷却剂–干式
表XIX中提供了对每个CVD涂覆的PcBN切削镶片（A、J以及K）以分钟计的平均寿命。通过以下的一个或多个失效模式来记录EOL：
均匀磨损（UW）=0.012英寸
最大磨损（MW）=0.012英寸
鼻部磨损（NW）=0.012英寸
切削凹口磨损深度（DOCN）=0.012英寸
尾缘磨损（TW）=0.012英寸
表XIX–平均切削寿命（时效的灰铸铁）
*对比性CVD涂覆的PcBN切削刀具
如表XIX中提供的，具有抛光的CVD涂层的PcBN切削刀具（A）展示了相对于对比性切削刀具（J）在寿命上180%的增加并且在寿命上超过具有经颗粒喷射的涂层的对比性切削刀具（K）的12%的增加。
实例7
切削刀具寿命
将实例2和3的CVD涂覆的PcBN切削刀具（B-E）进行针对未时效的灰铸铁的切削寿命测试，与对比性CVD涂覆的PcBN切削刀具（L）进行比 较。如表XX中提供的，对比性切削刀具（L）的结构是与涂覆的PcBN切削刀具（B）相同的。然而，对比性切削刀具（L）的CVD涂层并未在该切削刀具的工件接触区域中被抛光到在此说明的表面粗糙度（Ra）。
表XX–对比性CVD涂覆的PcBN切削刀具
关于寿命测试，对于每个CVD涂覆的PcBN镶片（B-E和L）如下地进行一次重复：
工件–未时效的等级30的灰铸铁管，具有（w/OD尺寸）
进给速率-0.016ipr
切削深度-0.060英寸
导程角：-5°
冷却剂–干式
表XXI中提供了对每个CVD涂覆的PcBN切削镶片（B-E和L）以分钟计的寿命。通过以下的一个或多个失效模式来记录EOL：
均匀磨损（UW）=0.012英寸
最大磨损（MW）=0.012英寸
鼻部磨损（NW）=0.012英寸
切削凹口磨损深度（DOCN）=0.012英寸
尾缘磨损（TW）=0.012英寸
表XXI–平均切削寿命（未时效的灰铸铁）
*对比性CVD涂覆的PcBN切削刀具
如表XXI中提供的，包括抛光的CVD涂层的PcBN切削刀具（B-E）展示了相对于对比性切削刀具（L）而言提高的切削寿命。为了直接比较，具有在此说明的抛光的CVD涂层的PcBN切削刀具（B）显示了相对于对比性切削刀具（L）在切削寿命上99%的增加。
实例8
切削刀具寿命
将实例3-5的CVD涂覆的PcBN切削刀具（D和F-I）如下地进行针对未时效的灰铸铁的切削寿命测试：
工件–未时效的等级30的灰铸铁，铸造出的样子–未时效的
进给速率-0.016ipr
切削深度-0.060英寸
导程角：-5°
冷却剂–干式
表XXII中提供了在每个CVD涂覆的PcBN切削镶片（D和F-I）的两个切削刃上以分钟计的平均寿命。通过以下的一个或多个失效模式来记录EOL：
均匀磨损（UW）=0.012英寸
最大磨损（MW）=0.012英寸
鼻部磨损（NW）=0.012英寸
切削凹口磨损深度（DOCN）=0.012英寸
尾缘磨损（TW）=0.012英寸
表XXII–平均切削寿命（未时效的灰铸铁）
已对本发明的不同实施例进行了说明以实现本发明的不同目的。应该认识到，这些实施例仅是本发明原理的展示。在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明所做的许多修改和修正将是本领域的普通技术人员容易明白的。

Claims (22)

1.一种涂覆的切削刀具，包括：
一个多晶立方氮化硼(PcBN)基底，该基底包括大于85重量百分比的PcBN；以及
一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括通过化学气相沉积而沉积的第一和第二Al2O3层，其中该涂层的第一Al2O3层是直接沉积在该PcBN基底上并且第二Al2O3层是沉积在TiN、TiC、或TiCN层上，并且其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于600nm的表面粗糙度(Ra)。
2.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该表面粗糙度(Ra)是小于250nm。
3.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该表面粗糙度(Ra)的范围是从25nm到200nm。
4.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该第一Al2O3层具有小于1μm的厚度而该第二Al2O3层具有大于3μm的厚度。
5.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，进一步包括一个沉积在该第一和第二Al2O3层上的外层，该外层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属元素。
6.如权利要求5所述的涂覆的切削刀具，其中该外层是TiN、TiCN、或TiN与TiCN层的组合。
7.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该基底包括至少85重量百分比的PcBN。
8.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该基底包括至少90重量百分比的PcBN。
9.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该第一Al2O3层是α-Al2O3。
10.一种涂覆的切削刀具，包括：
一个多晶立方氮化硼(PcBN)基底；以及
一个粘附到该基底上的抛光的涂层，该抛光的涂层包括一个直接沉积在该PcBN基底上的第一α-Al2O3层以及一个沉积在TiN、TiC、或TiCN层上的第二Al2O3层，其中该涂层在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中具有小于600nm的表面粗糙度(Ra)。
11.如权利要求10所述的涂覆的切削刀具，其中该表面粗糙度(Ra)的范围是从200nm到600nm。
12.如权利要求10所述的涂覆的切削刀具，其中该表面粗糙度(Ra)是小于250nm。
13.如权利要求10所述的涂覆的切削刀具，其中该第一α-Al2O3层具有小于1μm的厚度而该第二Al2O3层具有大于3μm的厚度。
14.如权利要求10所述的涂覆的切削刀具，其中该基底包括至少90重量百分比的PcBN。
15.一种制造涂覆的切削刀具的方法，包括：
提供一个多晶立方氮化硼(PcBN)基底，该基底包括大于85重量百分比的PcBN；
在该基底上通过化学气相沉积来沉积一个包括第一和第二Al2O3层的涂层，其中该涂层的第一Al2O3层是直接沉积在该PcBN基底上并且第二Al2O3层是沉积在TiN、TiC、或TiCN层上；并且
在该切削刀具的用于接触工件的一个区域中将该涂层抛光到小于600nm的表面粗糙度(Ra)。
16.如权利要求15所述的方法，其中该表面粗糙度(Ra)是小于250nm。
17.如权利要求15所述的方法，其中该表面粗糙度(Ra)是从25nm到200nm。
18.如权利要求15所述的方法，其中该沉积的涂层包括在该第一和第二Al2O3层上的一个或多个外层。
19.如权利要求18所述的方法，其中，该一个或多个外层各自包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素构成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的第IIIA族、第IVA族、第VA族和第VIA族的非金属元素构成的组中的一种或多种非金属元素。
20.如权利要求15所述的方法，其中该第一和第二Al2O3层是α-Al2O3。
21.如权利要求15所述的方法，其中对该涂层进行抛光并未实质上改变该涂层的应力状况。
22.如权利要求15所述的方法，其中该基底包括至少90重量百分比的PcBN。
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