CN103966571B - 用于切削刀具的涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于切削刀具的涂层。在一个方面说明了切削刀具，这些切削刀具具有粘附到其上的涂层。在一些实施例中，一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及一个粘附到该基底上的涂层，该涂层包括至少一个通过化学气相沉积而沉积的复合层，该复合层包括一个氧氮化铝相和一个金属氧化物相，该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。

Description

用于切削刀具的涂层
技术领域
本发明涉及用于切削刀具的涂层，并且更特别地涉及通过化学气相沉积（CVD）而沉积的涂层。
背景技术
包括烧结碳化物切削刀具在内的切削刀具已经在有涂层和无涂层两种情况中用于对不同金属和合金进行机加工。为了提高切削刀具的耐磨损性、性能和寿命，已经将一层或多层耐火材料施加到切削刀具的表面上。例如，已经通过CVD并且通过物理气相沉积（PVD）将TiC、TiCN、TiN和/或Al2O3施加到烧结碳化物基底上。虽然在各种应用中在抑制磨损和延长刀具寿命方面是有效的，但是基于上述耐火材料的单层或多层构造的耐火涂层已经逐渐达到其性能极限，由此要求发展用于切削刀具的新的涂层结构。
发明内容
在一个方面，描述了切削刀具，这些切削刀具具有粘附到其上的涂层，在一些实施例中，这些涂层可以展示出希望的耐磨损性以及增加的切削寿命。在一些实施例中，一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及一个粘附到该基底上的涂层，该涂层包括至少一个通过化学气相沉积而沉积的复合层，该复合层包括一个氧氮化铝相和一个金属氧化物相，该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。在一些实施例中，一个复合层的金属氧化物相包括多种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。此外，在此所描述的涂层的复合层除了该氧氮化铝相和金属氧化物相之外可以进一步包括一种金属氧氮化合物相，该金属氧氮化合物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧氮化合物。
在另一个方面，在此描述了制造涂覆的切削刀具的方法。在一些实施例中，一种制造涂覆的切削刀具的方法包括：提供一个基底并且在该基底上通过化学气相沉积来沉积涂层的至少一个复合层，该复合层包括一个氧氮化铝相和一个金属氧化物相，其中该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。在一些实施例中，该金属氧化物相包括多种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。此外，所沉积的复合层除了该氧氮化铝相和金属氧化物相之外还可以包括一种金属氧氮化合物相，该金属氧氮化合物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧氮化合物。
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是根据在此说明的一个实施例的涂覆的切削镶片的一个截面的显微照片，展示了该涂层结构的多个层。
图3是根据在此说明的一个实施例的一个涂覆的切削镶片的截面扫描电子显微镜（SEM）图像。
图4是根据在此说明的一个实施例的复合层表面的SEM图像。
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描述的实施例。但是，在此描述的元素、设备和方法并不限于在详细说明和实例中提及的具体实施例。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，描述了切削刀具，这些切削刀具具有粘附到其上的涂层，在一些实施例中这些涂层可以展示出希望的耐磨损性以及增加的切削寿命。在一些实施例中，一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及一个粘附到该基底上的涂层，该涂层包括至少一个通过化学气相沉积而沉积的复合层，该复合层包括一个氧氮化铝相和一个金属氧化物相，该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。一个复合层的金属氧化物相可以包括多种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。此外，在此所描述的涂层的复合层除了该氧氮化铝相和金属氧化物相之外可以进一步包括一种金属氧氮化合物相，该金属氧氮化合物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧氮化合物。在此描述的周期表的族是根据CAS命名法确定的。
现在转向具体的部件，在此描述的涂覆的切削刀具包括一个基底。涂覆的切削刀具的基底可以包括不与本发明的目的相矛盾的任何材料。在一些实施例中，一个基底包括：烧结碳化物、碳化物、陶瓷、金属陶瓷或钢。
在一些实施例中，烧结碳化物基底包括碳化钨（WC）。WC可以在一个基底中存在的量是至少约70的重量百分比。在一些实施例中，WC在一个基底中存在的量是至少约80重量百分比或至少约85重量百分比。另外，一个烧结碳化物基底的金属粘结剂可以包括钴或钴合金。例如，钴可以在一个烧结碳化物基底中存在的量的范围是从约3重量百分比至约15重量百分比。在一些实施例中，钴在一个烧结碳化物基底中存在的量的范围是从约5重量百分比至约12重量百分比或从约6重量百分比至约10重量百分比。此外，一个烧结碳化物基底可以呈现出在该基底的表面开始并向内延伸的一个粘结剂富集区。
一个烧结碳化物基底还可以包括一种或多种添加剂，例如像以下元素和/或它们的化合物中的一种或多种：钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪。在一些实施例中，钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪与该基底中的WC形成固溶体碳化物。在一些实施例中，该基底包括一种或多种固溶体碳化物，其量的范围是从约0.1重量百分比至约5重量百分比。另外，一种烧结碳化物基底可以包括氮。
在一些实施例中，在此描述的一种涂覆的切削刀具的基底包括在该基底的一个前刀面与多个肋侧面的相接处形成的一个或多个切削刃。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。如图1所展示的，基底10具有在基底前刀面14与胁侧面16的相接处形成的多个切削刃12。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。
在一些实施例中，一种涂覆的切削刀具的基底是一个镶片、钻头尖、锯片或其他切削装置。
如在此描述的，粘附到该基底上的一个涂层包括至少一个通过化学气相沉积而沉积的复合层，该复合层包括一个氧氮化铝（AlON）相和一个金属氧化物相，该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。该AlON相可以在该复合层中以不与本发明的目的相矛盾的任何量存在。例如，该AlON相可以是该复合层的主要相，用作在此进一步讨论的金属氧化物和金属氧氮化合物相的基质。在一些实施例中，该AlON相在该复合层中存在的量是选自表I。
表I-复合层的AlON相（体积百分比）
在此描述的一种AlON相的铝、氮、以及氧的含量可以根据所选定的CVD参数而变化。例如，该AlON相的铝的范围可以是从20原子%到50原子%。在一些实施例中，该AlON相的铝是处于25原子%到40原子%或者32原子%到38原子%的范围内。该AlON相的氮的范围可以是从40原子%到70原子%。在一些实施例中，该AlON相的氮是处于55原子%到70原子%或者63原子%到67原子%的范围内。此外，该AlON相的氧的范围可以是从1原子%到20原子%。在一些实施例中，该AlON相的氧是处于2原子%到15原子%或者4原子%到6原子%的范围内。
在一些实施例中，该AlON相是多晶的。例如，该AlON相可以表现出一种六方结晶结构、立方结晶结构、或者六方与立方结晶结构的混合体。可替代地，该AlON相是非晶相的。此外，该AlON相可以表现出结晶结构和非晶相结构的一种混合体，其中这些结晶结构是六方的、立方的或者其组合。在一些实施例中，该AlON相展示了一种细晶粒结构，其中晶粒具有的尺寸是在10nm到2μm的范围内。
如在此所描述的，该复合层还包括一个金属氧化物相，包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。例如，该金属氧化物相可以包括ZrO2或HfO2。在一些实施例中，一个复合层的金属氧化物相包括多种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物。例如，该金属氧化物相可以包括ZrO2和HfO2的混合体。
在一些实施例中，该金属氧化物相是该复合层的次要相、被包含或者分散在该AlON基质相中。在一些实施例中，该金属氧化物相在该复合层中存在的量是选自表II。
表II-复合层的金属氧化物相（体积百分比）
在一些实施例中，该金属氧化物相是多晶的。例如，该金属氧化物相可以表现出一种立方结晶结构、单斜结晶结构或者四方结晶结构或者它们的混合体。在一些实施例中，该金属氧化物相展示了一种细晶粒结构，其中晶粒具有的尺寸是在10nm到2μm的范围内。在一些实施例中，该金属氧化物相的晶粒具有一种球形或者椭圆的几何形状。
在此所描述的涂层的复合层除了这些AlON和金属氧化物相之外可以进一步包括一种金属氧氮化合物相，该金属氧氮化合物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧氮化合物。例如，该金属氧氮化合物相可以包括氧氮化钛（TiON）。在一些实施例中，该金属氧氮化合物相包括多种选自第IVB族的金属元素的氧氮化合物。在一些实施例中，一种金属氧氮化合物相具有式MOxN1-x，其中M是选自周期表的第IVB族的金属元素中，并且x=0.1-0.9。
在一些实施例中，该金属氧氮化合物相是多晶的。在此类实施例中，该金属氧氮化合物相可以展示出一种立方结晶结构。此外，该金属氧氮化合物相可以展示出一种超细晶粒结构，其中晶粒具有的尺寸是在1nm到20nm的范围内。
在一些实施例中，该金属氧氮化合物相是该复合层的次要相、被包含或者分散在该AlON基质相中。例如，在一些实施例中，该金属氧氮化合物相在该复合层中存在的量是选自表III。
表III-复合层的金属氧氮化合物相（体积百分比）
在此描述的一个复合层中的AlON相、金属氧化物相、金属氧氮化合物相的体积百分比可以使用辉光放电光学发射光谱法（GDOES）和能量色散X-射线光谱法（EDX/EDS）来进行测定。例如，在一个实施例中，在此描述的一个涂层复合层的组成可以通过GDOES使用GDA750辉光放电光谱仪（德国霍夫的光谱分析有限公司（Spectrum Analytic Ltd.,Hof,Germany））利用1.0mm的斑点直径来进行分析。用于分析的溅射材料的去除可以通过0.5μm的步进从该涂层的顶部到基底侧边来进行。此外，在此描述的涂层复合层的额外分析可以通过EDS使用扫描电子显微镜设备LEO430i（德国奥伯科亨的LEO有限公司（LEO Ltd.,Oberkochen,Germany））利用LINK ISIS（牛津有限公司（Oxford Ltd.））的分析系统来进行。
对于在此描述的涂覆的切削刀具的相分析/表征，可以用40KV和40MA的操作参数来使用衍射仪类型D5000（西门子），其带有布拉格-布伦塔诺入射-发生（Bragg-Brentanograizing-incidenz）系统和X-射线Cu Kα与Ni过滤器（λ0.01578纳米）。
此外，在此描述的一个涂层的复合层可以具有不与本发明的目的相矛盾的任何厚度。在一些实施例中，一个复合层具有的厚度是选自表IV。
表IV-复合层的厚度（μm）
在一些实施例中，在该切削刀具基底表面上直接沉积一个复合层。可替代地，在此描述的一个涂层可以进一步包括在该复合层与该基底之间的一个或多个内层。在一些实施例中，一个或多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。在一些实施例中，在该基底与该复合层之间的一个或多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的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。例如，一个或多个内层是选自下组，该组由以下各项组成：氮化钛、碳氮化钛、碳化钛、氧化钛、氧化锆、氮化锆、碳氮化锆、氮化铪、碳氮化铪、和氧化铝以及它们的混合物。
在此描述的涂层的内层可以具有不与本发明的目的相矛盾的任何厚度。一个涂层的内层可以具有的厚度的范围是从0.5μm到12μm。在一些实施例中，一个内层的厚度是根据该涂层中该内层的位置来选择的。例如，直接沉积在该基底的表面上作为该涂层的初始层的一个内层可以具有的厚度的范围是从0.5到2.5μm。沉积在该初始层上的一个内层，如一个TiCN层，可以具有的厚度的范围是从2μm到12μm。此外，其上沉积了此处描述的复合层的一个内层，如一个含氧化铝的层，可以具有的厚度的范围是从1到6μm。
在一些实施例中，在此描述的一个复合层是该涂层的最外层。可替代地，在此描述的一个涂层可以包括在该复合层上的一个或多个外层。在一些实施例中，一个或多个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。在一些实施例中，在该复合层上的一个或多个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的氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。例如，一个或多个外层是选自下组，该组由以下各项组成：氮化钛、碳氮化钛、碳化钛、氮化锆、碳氮化锆、氮化铪、碳氮化铪、和氧化铝以及它们的混合物。
在此描述的涂层的外层可以具有不与本发明的目的相矛盾的任何厚度。在一些实施例中，一个涂层的外层可以具有的厚度的范围是从0.5μm到5μm。
另外，在一些实施例中，在此描述的涂层可以包括一个或多个结合层。一个结合层可以在此处描述的涂层中展示不同位置。在一些实施例中，一个结合层被布置在该涂层的两个内层之间，如在一个氮化钛或者碳氮化钛内层与一个含氧化铝的内层之间。一个结合层还可以布置于在此描述的一个内层与一个复合层之间。此外，一个结合层可以布置在该涂层的一个复合层与一个外层之间。在一些实施例中，结合层被用于增加该涂层的多个层之间的粘附力和/或使在该结合层上沉积的涂覆层具有所希望的形貌。在一些实施例中，一个结合层具有式M(OxCyNz)，其中M是选自周期表的第IVB族、第VB族以及第VIB族的金属元素构成的组中的一种金属，并且x≥0，y≥0并且z≥0，其中x+y+z=1。例如，在一个实施例中，一个TiC结合层被用在一个TiCN内层与一个含氧化铝的内层之间。
具有式M(OxCyNz)的一个结合层可以具有不与本发明的目的相矛盾的任何厚度。在一些实施例中，一个M(OxCyNz)层具有约0.5μm的厚度。此外，一个M(OxCyNz)层可以具有的厚度的范围是从0.5μm到5μm。
粘附到一个基底上的涂层可以具有在此描述的复合层、一个或多个内层和/或一个或多个外层的任何结构。在一些实施例中，在此描述的一个涂层具有的结构是选自表V。
表V-涂层结构
*MT=中温CVD
**多层
在此处描述的一个涂层在一个内层和/或外层中包含了氧化铝的一些实施例中，该氧化铝可以是α-氧化铝、κ-氧化铝或者α-和κ-氧化铝的混合体。
在一些实施例中，具有在此描述的构造的一个涂层具有的硬度（HV0.05）的范围是从约1500到约2500，其中HV0.05是指使用0.05公斤力的负载时的维氏硬度。在一些实施例中，一个涂层具有的硬度的范围是从约1700HV0.05到2200HV0.05。在此所叙述的维氏硬度值是根据ASTM国际标准的ASTM E384“材料的努普和维氏硬度的标准方法[StandardMethod for Knoop and Vickers Hardness of Materials]”来测定的。
另外，在此描述的一个涂层可以展示出高达约90N的临界负载（Lc）。在此描述的涂层的Lc值是根据ASTM C1624-05-通过定量单点划痕试验进行的粘附强度标准测试（Standard Test for Adhesion Strength by Quantitative Single Point ScratchTesting）来测定的，其中使用了10N的递增加载。
此外，在此描述的涂层可以在沉积时原样状态下展示出低的残余抗张应力或低到中的残余压缩应力。在一些实施例中，涂覆后喷射可以增大该涂层的残余压缩应力。可以按任何希望的方式进行涂覆后喷射。在一些实施例中，涂覆后喷射包括喷丸或压力喷射。压力喷射可以按不同的形式进行，包括压缩空气喷射、压缩湿空气喷射、加压液体喷射、湿喷射、加压液体喷射和蒸汽喷射。
例如，在一个实施例中，在此描述的涂层的涂覆后处理可以通过用氧化铝和/或陶瓷颗粒对该涂层进行干喷射来进行。可替代地，可以使用在水中的浓度为5体积百分比到35体积百分比的氧化铝和/或陶瓷颗粒的浆料对该涂层进行湿喷射。在此描述的涂覆后喷射技术的氧化铝和/或陶瓷颗粒可以具有60μm到120μm的尺寸分布。另外，喷射压力的范围可以是从2巴到3巴持续1到15秒的时间段，其中喷嘴距被喷射的涂层表面是2到8英寸。此外，可以选择这些氧化铝和/或陶瓷颗粒的冲击角度的范围为从45度到90度。
还可以根据美国专利6,869,334的披露内容来在此处描述的涂覆的切削刀具上来进行涂覆后喷射，该专利通过引用以其全部内容结合在此。
II.制造涂覆的切削刀具的方法
在另一方面，在此描述了制造涂覆的切削刀具的方法。在一些实施例中，一种制造涂覆的切削刀具的方法包括：提供一个基底并且在该基底上通过化学气相沉积来沉积涂层的至少一个复合层，该复合层包括一个氧氮化铝相和一个金属氧化物相，其中该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的第IV族的金属元素的氧化物。在一些实施例中，该金属氧化物相包括多种选自周期表的第IV族的金属元素的氧化物。此外，所沉积的复合层除了该氧氮化铝相和金属氧化物相之外还可以包括一个金属氧氮化合物相，该金属氧氮化合物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧氮化合物。
现在转向具体的步骤，在此描述的一种方法包括提供一个基底。一个基底可以包括在上文的第I部分中所叙述的任何基底。在一些实施例中，例如，一个基底是烧结碳化物，如在本文第I部分中所描述的烧结碳化钨。此外，根据在此描述的方法所沉积的一个复合层可以具有在本文第I部分中对于一个复合层所描述的任何构造、组成参数和/或特性。在一些实施例中，例如，一个复合层包括一个AlON基质相，在该基质相中分散了一个金属氧化物相，该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的族IV的金属元素的氧化物。该金属氧化物相可以包括ZrO2、HfO2或者其混合体。
在此处所描述的一种方法中，可以从一种气态混合物来沉积一个复合层，该气态混合物包括一种铝源、氧源、氮源和第IVB族的该金属元素的源。在一些实施例中，例如，该铝源是AlCl3，并且该金属元素源是第IVB族金属氯化物，如ZrCl4、HfCl4或其混合物。
此外，如在此描述的，一种复合层除了该AlON相和金属氧化物相之外还可以包括一个金属氧氮化合物相，其中该氧氮化合物相的金属是选自周期表的第IVB族的金属元素中。在一些实施例中，该金属氧氮化合物相包括氧氮化钛（TiON）。例如氯化钛（TiCl4）可以被添加到该气态混合物中用于将一个TiON相沉积在该AlON基质中。
如在本文的表I至III中所列出的复合层的多个相的组成百分比可以通过改变该混合物中多种单独的反应物气体的量来实现。另外，如在上文的第I部分中所列出的AlON相的铝、氮和氧的组成百分比可以通过改变该混合物中多种单独的反应物气体的量来实现。用于沉积在此说明的涂层的复合层的一般CVD处理参数被提供在了表VI中。
表VI-复合层CVD处理参数
*M=第IVB族金属
**任选的
在一些实施例中，在该基底的表面上直接沉积一个复合层。可替代地，在该涂层的内层上沉积一个复合层。该涂层的一个内层可以具有在上文第I部分中对于一个内层所叙述的任何构造、组成参数和/或特性。一个内层可以包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的一种或多种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。在一些实施例中，一个内层是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的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。例如，在其上沉积了复合层的一个内层可以是选自下组，该组由以下各项组成：氮化钛、碳化钛、碳氮化钛、氧化钛、氧化锆、氮化锆、碳氮化锆、氮化铪、碳氮化铪、和氧化铝以及它们的混合物。在一个实施例中，例如，一个内层包括氧化铝、氧化锆、以及氧化钛的混合物（Al2O3/ZrO2/TiOx）。
如同该复合层一样，在此描述的涂层的一个或多个外层可以通过CVD来沉积。在一些实施例中，该涂层的一个内层，如TiCN层，是通过中温（MT）CVD来沉积的。
此外，在此描述的方法还可以包括在该复合层上沉积一个或多个外层。在一些实施例中，在此描述的涂层的一个或多个外层是通过CVD来沉积的。该涂层的一个外层可以具有在上文第I部分中对于一个外层所叙述的任何构造、组成参数和/或特性。一个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。在一些实施例中，在该复合层上的一个或多个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的氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。例如，一个或多个外层是选自下组，该组由以下各项组成：氮化钛、碳氮化钛、碳化钛、氮化锆、碳氮化锆、氮化铪、碳氮化铪、和氧化铝以及它们的混合物。
另外，在此描述的制造涂覆的切削刀具的方法可以进一步包括对所沉积的涂层进行涂覆后喷射。涂覆后喷射可以按任何希望的方式来进行，包括干喷射以及湿喷射技术。在一些实施例中，涂覆后喷射是以上文第I部分中所描述的一种方式来进行的。在一些实施例中，涂覆后喷射可以将该涂层的中等抗张应力改变为中等压缩应力或者增加在沉积时原样的涂层中的压缩应力。
在以下非限制性实例中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
在此描述的一种涂覆的切削刀具是通过将一个烧结碳化钨（WC）切削镶片基底[ANSI标准几何形状HNGJ0905ANSN-GD]置于一个Bernex200CVD反应器中来生产的。该切削镶片包括6wt.%的钴粘结剂与余量的尺寸为1到5μm的WC晶粒。根据表VII至VIII中提供的CVD工艺参数在烧结的WC切削镶片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
*具有Al2O3、ZrO2、以及TiOx相的混合体的层
**具有AlON、ZrO2、以及TiON相的混合体的复合层
表VIII-涂层的CVD沉积
*具有Al2O3、ZrO2、以及TiOx相的混合体的层
**具有AlON、ZrO2、以及TiON相的混合体的复合层
所得到的包括AlON/ZrO2/TiON复合层的多层涂层展示出在表IX中提供的特性。
表IX-CVD涂层的特性
图2是这个实例的涂覆的切削镶片的截面的显微照片，展示了该涂层结构的多个层。图3是在5000x放大倍数下该涂覆的切削镶片的截面SEM图像。另外，图4是在5000x放大倍数下该复合层（AlON/ZrO2/TiON）表面的自顶向下的SEM图像。
实例2
涂覆的切削刀具本体
在此描述的一种涂覆的切削刀具是通过将一个烧结碳化钨（WC）切削镶片基底[ANSI标准几何形状HNGJ0905ANSN-GD]置于一个Bernex200CVD反应器中来生产的。该切削镶片包括6wt.%的钴粘结剂与余量的尺寸为1到5μm的WC晶粒。根据表X至XI中提供的CVD工艺参数在烧结的WC切削镶片上沉积了一个具有此处描述的结构的涂层。
表X-涂层的CVD沉积
*具有Al2O3、ZrO2、以及TiOx相的混合体的层
**具有AlON和ZrO2相的混合体的复合层
表XI-涂层的CVD沉积
*具有Al2O3、ZrO2、以及TiOx相的混合体的层
**具有AlON和ZrO2相的混合体的复合层
所得到的包括AlON/ZrO2复合层的多层涂层展示了在表XII中提供的这些特性。
表XII-CVD涂层的特性
实例3
铣削试验
根据以下这些参数使实例1的涂覆的切削镶片和多个对比性的涂覆的切削镶片（1和2）经受铣削试验。这些对比性的涂覆的切削镶片（1和2）包括与实例1相同的烧结WC基底并且具有如下的CVD涂层结构：
对比例1：TiN-TiCN(MT)-TiC-(α)Al2O3-ZrCN
对比例2：TiN-TiCN(MT)-TiC-(α)Al2O3-TiN（TiN外层通过湿喷射被去除）
关于该铣削试验，对于实例1、对比例1和对比例2的各个涂覆的镶片测试了两个切削刃。
铣削参数
工件-GGG70
切削速度-300m/min
每齿给进量-0.25mm
切口轴向深度-2mm
切口径向深度-60mm
冷却剂-无
这些涂覆的镶片的直至寿命终点（EOL）的平均铣削长度（mm）被提供在了表XIII中。通过胁侧磨损（VB）>0.3mm和/或由视觉检查确定的切削刃上的微碎裂这些失效模式来记录EOL。
表XIII-铣削试验结果（长度–mm）
如表XIII中所提供的，具有在此描述的涂层结构的实例1的涂覆的切削镶片胜过了对比镶片，展示了在寿命上至少20百分比的增加。
实例4
铣削试验
根据实例1和2如在表XIV中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGX0905160-MR的烧结WC基底D和E提供涂层。如在表XIV中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGX0905160-MR的烧结WC基底F提供一个对比性CVD涂层。D、E和F的烧结WC基底所包括的钴粘结剂的量为6.1重量百分比，其中余量是具有小于1μm至2μm晶粒尺寸的WC颗粒。
表XIV-涂覆的切削镶片
对于每个涂覆的镶片D-F根据以下铣削参数来测试两个切削刃。
铣削参数
工件-GGG70
切削速度-300m/min
每齿给进量-0.2mm
切口轴向深度-1.5mm
切口径向深度-60mm
冷却剂-无
表XV中提供了涂覆的镶片D-F直至EOL的平均铣削长度（mm）。通过胁侧磨损（VB）>0.3mm和/或由视觉检查确定的切削刃上的微碎裂这些失效模式来记录EOL。
表XV-铣削试验结果（长度-mm）
如在表XV中提供的，包括在此说明的涂层结构的镶片D和E展示了相对于对比性α-氧化铝涂覆的镶片F而言类似的或增加的寿命。
实例5
铣削试验
根据实例1如在表XVI中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGX090516(0)-MR的烧结WC基底G提供一个涂层。如在表XVI中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGX090516(0)-MR的烧结WC基底H和I各提供一个对比性CVD涂层。G、H、以及I的烧结WC基底所包括的钴粘结剂的量为6.1重量百分比，其中余量是具有小于1μm至2μm晶粒尺寸的WC颗粒。
表XVI-涂覆的切削镶片
对于每个涂覆的镶片G-I根据以下铣削参数来测试两个切削刃。
铣削参数
工件-GGG70
切削速度-300m/min
每齿给进量-0.2mm
切口轴向深度-1.5mm
切口径向深度-60mm
冷却剂-无
表XVII中提供了涂覆的镶片G-I直至EOL的平均铣削长度（mm）。通过胁侧磨损（VB）>0.3mm和/或由视觉检查确定的切削刃上的微碎裂这些失效模式来记录EOL。
表XVII-铣削试验结果（长度-mm）
如在表XVII中提供的，包括在此说明的涂层结构的镶片G胜过了对比性镶片H和I，展示了增加的铣削寿命。
实例6
铣削试验
根据实例1如在表XVIII中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGJ0905ANSNGD的烧结WC基底J提供一个涂层。如在表XVIII中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGJ0905ANSNGD的烧结WC基底K提供一个对比性CVD涂层。J和K的烧结WC基底所包括的钴粘结剂的量为6.1重量百分比，其中余量是具有小于1μm至2μm晶粒尺寸的WC颗粒。
表XVIII-涂覆的切削镶片
对于每个涂覆的镶片J和K根据以下铣削参数来测试两个切削刃。
铣削参数
工件-GGG70
切削速度-300m/min
每齿给进量-0.25mm
切口轴向深度-2mm
切口径向深度-60mm
冷却剂-无
表XIX中提供了涂覆的镶片J和K直至EOL的平均铣削长度（mm）。通过胁侧磨损（VB）>0.3mm和/或由视觉检查确定的切削刃上的微碎裂这些失效模式来记录EOL。
表XIX-铣削试验结果（长度-mm）
如表XIX中提供的，包括在此描述的涂层结构的镶片J胜过了对比性镶片K，展示了超过镶片K的寿命2倍的平均寿命。
实例7
铣削试验
根据实例1如在表XX中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGJ0905ANSNGD的烧结WC基底L提供一个涂层。如在表XX中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGJ0905ANSNGD的烧结WC基底M提供一个对比性CVD涂层。L和M的烧结WC基底所包括的钴粘结剂的量为12.2重量百分比，其中余量是具有小于1μm至3μm晶粒尺寸的WC颗粒。
表XX-涂覆的切削镶片
对于每个涂覆的镶片L和M根据以下铣削参数来测试两个切削刃。
铣削参数
工件-42CrMo4V
切削速度-200m/min
每齿给进量-0.3mm
切口轴向深度-2mm
切口径向深度-120mm
冷却剂-无
表XXI中提供了涂覆的镶片L和M直至EOL的平均铣削长度（mm）。通过胁侧磨损（VB）>0.3mm和/或由视觉检查确定的切削刃上的微碎裂这些失效模式来记录EOL。
表XXI-铣削试验结果（长度-mm）
如表XXI中提供的，包括在此描述的涂层结构的镶片L胜过了对比性镶片M，展示了为κ-氧化铝涂覆的镶片M的近2倍的平均寿命。
实例8
铣削试验
根据实例1如在表XXII中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGJ0905ANSNGD的烧结WC基底N提供一个涂层。如在表XVII中列出的来为具有ANSI标准几何形状HNGJ0905ANSNGD的烧结WC基底P提供一个对比性CVD涂层。N和P的烧结WC基底所包括的钴粘结剂的量为12.2重量百分比，其中余量是具有小于1μm至3μm晶粒尺寸的WC颗粒。
表XXII-涂覆的切削镶片
对于每个涂覆的镶片N和P根据以下铣削参数来测试两个切削刃。
铣削参数
工件-C45EN
切削速度-300m/min
每齿给进量-0.25mm
切口轴向深度-2mm
切口径向深度-62.5mm
冷却剂-无
表XXIII中提供了涂覆的镶片N和P直至EOL的平均铣削长度（mm）。通过胁侧磨损（VB）>0.3mm和/或由视觉检查确定的切削刃上的微碎裂这些失效模式来记录EOL。
表XXIII-铣削试验结果（长度–mm）
如在表XXIII中提供的，包括在此说明的涂层结构的镶片N胜过了该对比性镶片P，展示了在寿命上超过镶片P的16%的增加。
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 (29)

1.一种涂覆的切削刀具，包括：
一个基底；以及
一个粘附到该基底上的涂层，该涂层包括至少一个通过化学气相沉积而沉积的复合层，该复合层包括一个氧氮化铝相和一个金属氧化物相，该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物，并且其中，该金属氧化物相是分散在该氧氮化铝相中的。
2.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该金属氧化物相包括ZrO2、HfO2、或它们的混合体。
3.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，除了该氧氮化铝相和金属氧化物相之外进一步包括一个金属氧氮化合物相，该金属氧氮化合物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧氮化合物。
4.如权利要求3所述的涂覆的切削刀具，其中，该金属氧氮化合物相包括TiON。
5.如权利要求3所述的涂覆的切削刀具，其中，该金属氧化物相和该金属氧氮化合物相是分散在该氧氮化铝相中的。
6.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该氧氮化铝相包括六方结晶结构、立方结晶结构、或者非晶相结构或者它们的混合体。
7.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该氧氮化铝相包括量为20到50原子百分比的铝、量为40到70原子百分比的氮、以及量为1到20原子百分比的氧。
8.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该氧氮化铝相在该复合层中存在的量为80体积百分比到99体积百分比。
9.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该金属氧化物相包括立方、单斜或四方结晶结构或者它们的混合体。
10.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该涂层进一步包括在该复合层与该基底之间的一个或多个内层。
11.如权利要求10所述的涂覆的切削刀具，其中，该一个或多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。
12.如权利要求10所述的涂覆的切削刀具，其中，该一个或多个内层包括选自铝和周期表的第IVB族、第VB族和第VIB族的金属元素组成的组中的金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。
13.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该涂层进一步包括在该复合层上的一个或多个外层。
14.如权利要求13所述的涂覆的切削刀具，其中，该一个或多个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。
15.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该涂层进一步包括：在该基底与该复合层之间的一个或多个内层，一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；以及在该复合层上的一个或多个外层，一个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。
16.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中，该基底是基于Si3N4、Al2O3、或ZrO2或它们的混合物的烧结碳化物、金属陶瓷、或者陶瓷。
17.一种制造涂覆的切削刀具的方法，包括：
提供一个基底；并且
在该基底上通过化学气相沉积而沉积一个涂层的至少一个复合层，该复合层包括一个氧氮化铝相和一个金属氧化物相，该金属氧化物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧化物，并且其中，该金属氧化物相是分散在该氧氮化铝相中的。
18.如权利要求17所述的方法，其中，该金属氧化物相包括ZrO2、HfO2、或它们的混合体。
19.如权利要求17所述的方法，其中，该复合层是从一种气态混合物沉积的，该气态混合物包括一种铝源、氧源、氮源和第IVB族的该金属元素的源。
20.如权利要求19所述的方法，其中，该铝源是AlCl3，并且该金属元素源是第IVB族金属的氯化物。
21.如权利要求19所述的方法，其中，该氧源是CO2并且该氮源是NH3。
22.如权利要求17所述的方法，其中，该复合层除了该氧氮化铝相和金属氧化物相之外进一步包括一个金属氧氮化合物相，该金属氧氮化合物相包括至少一种选自周期表的第IVB族的金属元素的氧氮化合物。
23.如权利要求22所述的方法，其中，该金属氧氮化合物相包括TiON。
24.如权利要求23所述的方法，其中，该复合层是从一种气态混合物沉积的，该气态混合物包括一种铝源、氧源、氮源、钛源以及第IVB族的该金属元素的源。
25.如权利要求17所述的方法，其中，在该涂层的一个内层上沉积该复合层。
26.如权利要求25所述的方法，其中，该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。
27.如权利要求17所述的方法，进一步包括在该复合层上通过化学气相沉积来沉积一个或多个外层。
28.如权利要求27所述的方法，其中，该一个或多个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。
29.如权利要求17所述的方法，进一步包括对该沉积的涂层进行湿喷射或干喷射，从而引起该复合层的该氧氮化铝相的残余应力水平的变化。
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