CN105088138B - 具有含氧化物涂层的涂层刀具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有含氧化物涂层的涂层刀具及其制备方法，该涂层刀具包括刀具基体和含氧化物涂层，含氧化物涂层包括Me_1‑xAl_xN底层和沉积于底层上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，Me_1‑xAl_xN底层中，Me为Ti或Cr中的一种，当Me为Ti时，0≤x≤0.66，当Me为Cr时，0≤x≤0.70，V₂O₅层的厚度为10nm～200nm，Al₂O₃层的厚度为10nm～200nm。制备方法主要利用物理气相沉积工艺，先选择性地沉积过渡层，然后沉积Me_{1‑ x}Al_xN底层和V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层。本发明的涂层刀具具有高耐磨性和优异的抗氧化性，制备工艺简单，生产成本低。

Description

具有含氧化物涂层的涂层刀具及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层刀具及其制备方法，尤其涉及一种具有含氧化物涂层的涂层刀具及其制备方法。

背景技术

随着高速切削和干式切削技术的广泛应用，切削刀具的应用温度越来越高，在刀具基体表面涂覆高耐磨性和高温抗氧化性的保护涂层成为目前切削刀具的发展趋势。TiAlN涂层和CrAlN涂层由于其高硬度、高熔点和抗氧化性好等优良性能，在切削刀具上应用最为广泛；但其热应用温度低于1000℃，不能满足切削技术的发展现状。Al₂O₃是目前考虑高温抗氧化性和热稳定性等综合性能优选的刀具涂层材料，但由于其力学性能和在硬质合金基体上生长问题的限制使其不能单独作为刀具涂层使用，而只能和其它材料组合使用，常见的是将具有高耐磨性的底层涂层和Al₂O₃表层相结合。但采用该结构的涂层刀具在切削过程中，由于Al₂O₃表层硬度较低而快速磨损，从而失去对刀具的保护作用。

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，提供一种包含与基体之间结合强度良好的底层涂层、具有优异抗氧化能力和低摩擦系数的氧化物表层涂层的高耐磨的具有含氧化物涂层的涂层刀具，还相应提供一种工艺简单、设备要求低、生产成本低的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种具有含氧化物涂层的涂层刀具，包括刀具基体和沉积于刀具基体上的含氧化物涂层，所述含氧化物涂层包括沉积于刀具基体上的Me_1-xAl_xN底层和沉积于Me_1-xAl_xN底层上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层；所述Me_1-xAl_xN底层中，Me为Ti或Cr中的一种，当Me为Ti时，0≤x≤0.66，当Me为Cr时，0≤x≤0.70，所述Me_1-xAl_xN底层的晶体结构为面心立方结构；所述V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以V₂O₅层和Al₂O₃层为调制周期的多周期涂层，所述V₂O₅层的单层厚度为10nm～200nm，所述Al₂O₃层的单层厚度为10nm～200nm，以保证V₂O₅层和Al₂O₃层之间不形成外延生长的超点阵结构。

上述的涂层刀具中，优选的，所述Me_1-xAl_xN底层中，当Me为Ti时，0.30≤x≤0.66，当Me为Cr时，0.30≤x≤0.70。

上述的涂层刀具中，所述含氧化物涂层的总厚度优选1.5μm～8μm，更优选2μm～6μm。

上述的涂层刀具中，所述Me_1-xAl_xN底层的厚度优选1μm～4μm，更优选1μm～3μm。

上述的涂层刀具中，所述V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度优选0.5μm～4μm，更优选0.5μm～3μm。

上述的涂层刀具中，所述V₂O₅层的单层厚度优选50nm～150nm。

上述的涂层刀具中，所述Al₂O₃层的单层厚度优选50nm～150nm。

上述的涂层刀具中，优选的，所述含氧化物涂层与所述刀具基体之间还设有过渡层，所述过渡层为Me_1-xAl_x金属层。

上述的涂层刀具中，所述过渡层的厚度优选30nm～100nm，更优选30nm～50nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺，先利用MeAl靶在所述刀具基体上沉积Me_1-xAl_xN底层，然后利用多靶交替沉积方式在Me_1-xAl_xN底层上沉积以V₂O₅层和Al₂O₃层为一个调制周期的多周期涂层，得到具有含氧化物涂层的涂层刀具。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺，先在所述刀具基体上沉积过渡层，然后在所述过渡层上沉积Me_1-xAl_xN底层，再利用多靶交替沉积方式在所述Me_1-xAl_xN底层上沉积以V₂O₅层和Al₂O₃层为一个调制周期的多周期涂层，得到具有含氧化物涂层的涂层刀具。

上述本发明的技术方案中，经研究和试验发现，所述Me_1-xAl_xN底层的力学性能、热性能和晶体结构与Al含量密切相关。试验表明，所述Me_1-xAl_xN底层的晶体结构在保持面心立方结构的前提下，增加Al含量会改善涂层的性能；但当Al含量增加到一定程度时涂层的晶体结构会由立方结构向六方结构转化，从而使涂层的性能降低。因此，Me_1-xAl_xN底层涂层中的Al含量选为，当Me为Ti时，0≤x≤0.66，优选0.30≤x≤0.66，当Me为Cr时，0≤x≤0.70，优选0.30≤x≤0.70。

上述本发明的技术方案中，所述V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是V₂O₅层和Al₂O₃层的周期性组合(V₂O₅层和Al₂O₃层的交替顺序可置换)，经研究和试验发现，这种V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层结合了V₂O₅层的低摩擦系数和Al₂O₃层优异的高温抗氧化能力，显著改善了涂层刀具的切削性能。此外，组成V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的单层厚度过薄会导致Al₂O₃层和V₂O₅层之间外延生长形成超点阵结构，虽然这种结构可以提高涂层的硬度，但会由于失去各物质本身的结构而不能发挥出最佳性能；而过厚的单层厚度也会影响本发明的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层对刀具的保护作用。因此，在本发明的技术方案中，所述V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层中V₂O₅层的单层厚度为10nm～200nm，优选50nm～150nm，所述Al₂O₃层的单层厚度为10nm～200nm，优选50nm～150nm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度优选控制在0.5μm～4μm范围内，可优选为0.5μm～3μm。

上述本发明的技术方案中，由于本发明的复合涂层如果过薄，会影响到复合涂层的保护性能和保护效果，但过厚的复合涂层不仅会产生过高的应力，导致涂层易剥落，而且成本也随之增加。因此，本发明中含氧化物涂层的总厚度优选为1.5μm～8μm，更优选为2μm～6μm。

上述本发明的技术方案中，所述涂层刀具还可以优选包括有一沉积于刀具基体表面的Me_1-xAl_x金属层(Me和x的选取同Me_1-xAl_xN底层)作为过渡层，所述Me_1-xAl_xN底层沉积于Me_1-xAl_x金属层上。经过实验和研究发现，增加Me_1-xAl_x金属层的结构设计能够进一步改善复合涂层与刀具基体的热匹配关系，从而更有效地增加复合涂层与刀具基体的结合力。所述Me_1-xAl_x金属层的厚度范围可优选为30nm～100nm，更优选为30nm～50nm，因为Me_1-xAl_x金属层的厚度过厚或者过薄均会对复合涂层与刀具基体之间的结合强度产生消极影响。

上述本发明的技术方案中，所述刀具基体可以为本领域公知的各种切削刀具，特别适用于硬质合金刀具、金属陶瓷刀具、超硬刀具和高速钢刀具。

上述本发明的制备方法中，物理气相沉积工艺均指常规的用于沉积刀具涂层的物理气相沉积工艺。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的涂层刀具通过Me_1-xAl_xN底层加强了涂层与基体的结合强度，并因为其高硬度可充当耐磨功能层。

2、本发明的涂层刀具的V₂O₅/Al₂O₃多周期表层涂层结合了V₂O₅层的低摩擦系数和Al₂O₃层优异的高温抗氧化能力，有效的提高了涂层的高温抗氧化性能和摩擦性能。

3、本发明的涂层刀具的制备方法具有工艺简单、设备要求低、生产成本低的特点，通过该方法制备的涂层刀具能够满足高速切削的需求，大大延长了切削刀具的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中的具有含氧化物涂层的涂层刀具的结构示意图。

图例说明：

1、刀具基体；2、Me_1-xAl_x金属层；3、Me_1-xAl_xN底层；4、Al₂O₃层；5、V₂O₅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：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Ti_0.50Al_0.50金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为Ti_0.50Al_0.50N底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为10个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为3μm，Ti_0.50Al_0.50N底层的厚度为2μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为1μm，V₂O₅层5的单层厚度为30nm，Al₂O₃层4的单层厚度为70nm；Ti_0.50Al_0.50金属层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用TiAl靶先沉积一层厚度为50nm的Ti_0.50Al_0.50金属层，然后利用TiAl靶再沉积一层2μm的Ti_0.50Al_0.50N底层，接着采用多靶交替沉积方法在Ti_0.50Al_0.50N底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为30nm，Al₂O₃层4的单层厚度为70nm，经过10个周期后得到厚度为1μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具A。

对照品A1和A2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的厚度为3.5μm的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具，其它实施例的对比例中TiAlN涂层和CrAlN涂层的厚度同本实施例，且均为普通商用涂层。

将本实施例制得的涂层刀具A和对照品A1、A2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表1：实施例1的本发明涂层刀具A与对照品A1、A2的对比实验效果

由表1可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀具均有明显提高。

实施例2：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Cr_0.30Al_0.70金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为Cr_0.30Al_0.70N底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为10个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为3μm，Cr_0.30Al_0.70N底层的厚度为2μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为1μm，V₂O₅层5的单层厚度为30nm，Al₂O₃层4的单层厚度为70nm；Cr_0.30Al_0.70金属层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法并利用CrAl靶先沉积一层厚度为50nm的CrAl金属层，然后利用CrAl靶再沉积一层2μm的Cr_0.30Al_0.70N底层；接着采用多靶交替沉积方法在Cr_0.30Al_0.70N底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为30nm，Al₂O₃层4的单层厚度控制在70nm，经过10个周期后得到厚度为1μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具B。

对照品B1和B2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具B和对照品B1、B2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表2：实施例2的本发明涂层刀具B与对照品B1、B2的对比实验效果

由上表2可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀具均有明显提高。与实施例1相比，仅将Ti_0.50Al_0.50N底层变化为Cr_0.30Al_0.70N底层，其中Cr_0.30Al_0.70N层较Ti_0.50Al_0.50N的热稳定性低，导致其车削性能下降。

实施例3：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Cr_0.30Al_0.70金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为Cr_0.30Al_0.70N底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为4个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为3μm，Cr_0.30Al_0.70N底层的厚度为2μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为1μm，V₂O₅层5的单层厚度为100nm，Al₂O₃层4的单层厚度为150nm；Cr_0.30Al_0.70金属层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法并利用CrAl靶先沉积一层厚度为50nm的Cr_0.30Al_0.70金属层，然后利用CrAl靶再沉积一层2μm的Cr_0.30Al_0.70N底层；接着采用多靶交替沉积方法在Cr_0.30Al_0.70N底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各个周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为100nm，Al₂O₃层4的单层厚度控制在150nm，经过4个周期后得到厚度为1μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具C。

对照品C1和C2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具C和对照品C1、C2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表3：实施例3的本发明涂层刀具C与对照品C1、C2的对比实验效果

由上表3可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀具均有提高。与实施例2比较，仅变化了V₂O₅/Al₂O₃多周期涂层的单层厚度，调制周期变大，界面强化效应减弱，因此车削性能略有下降。

实施例4：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Cr金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为CrN底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为5个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为4.5μm，CrN底层的厚度为3μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为1.5μm，V₂O₅层5的单层厚度为150nm，Al₂O₃层4的单层厚度为150nm；Cr金属层的厚度为100nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法并利用Cr靶先沉积一层厚度为100nm的Cr金属层，然后利用Cr靶再沉积一层3μm的CrN底层；接着采用多靶交替沉积方法在CrN底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为150nm，Al₂O₃层4的单层厚度为150nm，经过5个周期后得到厚度为1.5μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具D。

对照品D1和D2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具D和对照品D1、D2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表4：实施例4的本发明涂层刀具D与对照品D1、D2的对比实验效果

由上表4可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具由于底层CrN的硬度相对较低，在车削条件下的使用寿命与现有技术下的两种涂层刀具基本相当。

实施例5：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Ti_0.34Al_0.66金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为Ti_0.34Al_0.66N底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为15个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为3.5μm，Ti_0.34Al_0.66N底层的厚度为2μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为1.5μm，V₂O₅层5的单层厚度为50nm，Al₂O₃层4的单层厚度为50nm；Ti_0.34Al_0.66金属层的厚度为30nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法并利用TiAl靶先沉积一层厚度为30nm的Ti_0.34Al_0.66金属层，然后利用TiAl靶再沉积一层2μm的Ti_0.34Al_0.66N底层；接着采用多靶交替沉积方法在Ti_0.34Al_0.66N底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为50nm，Al₂O₃层4的单层厚度为50nm，经过15个周期后得到厚度为1.5μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具E。

对照品E1和E2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具E和对照品E1、E2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表5：实施例5的本发明涂层刀具E与对照品E1、E2的对比实验效果

由上表5可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀具有明显提高。

实施例6：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Ti_0.70Al_0.30金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为Ti_0.70Al_0.30N底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为20个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为7.4μm，Ti_0.70Al_0.30N底层的厚度为4μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为3.4μm，V₂O₅层5的单层厚度为10nm，Al₂O₃层4的单层厚度为160nm；Ti_0.70Al_0.30金属层的厚度为30nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法并利用TiAl靶先沉积一层厚度为30nm的Ti_0.70Al_0.30金属层，然后利用TiAl靶再沉积一层4μm的Ti_0.70Al_0.30N底层；接着采用多靶交替沉积方法在Ti_0.70Al_0.30N底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为10nm，Al₂O₃层4的单层厚度为160nm，经过20个周期后得到厚度为3.4μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具F。

对照品F1和F2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具F和对照品F1、F2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表6：实施例6的本发明涂层刀具F与对照品F1、F2的对比实验效果

由上表6可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具的Al₂O₃和V₂O₅的厚度比例差别太大，导致在车削条件下的使用寿命比前面实施例的性能均低，仅比现有技术下的两种涂层刀片略有提高。

实施例7：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Cr_0.60Al_0.40金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为Cr_0.60Al_0.40N底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为40个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为4μm，Cr_0.60Al_0.40N底层的厚度为2μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2μm，V₂O₅层5的单层厚度为10nm，Al₂O₃层4的单层厚度为40nm；Cr_0.60Al_0.40金属层的厚度为30nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法并利用CrAl靶先沉积一层厚度为30nm的Cr_0.60Al_0.40金属层，然后利用CrAl靶再沉积一层2μm的Cr_0.60Al_0.40N底层；接着采用多靶交替沉积方法在Cr_0.60Al_0.40N底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为10nm，Al₂O₃层4的单层厚度为40nm，经过40个周期后得到厚度为2μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具G。

对照品G1和G2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具G和对照品G1、G2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表7：实施例7的本发明涂层刀具G与对照品G1、G2的对比实验效果

由上表7可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀片有较明显的提高。

实施例8：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Cr_0.50Al_0.50金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为Cr_0.50Al_0.50N底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为25个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为1.5μm，Cr_0.50Al_0.50N底层的厚度为1μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为0.5μm，V₂O₅层5的单层厚度为10nm，Al₂O₃层4的单层厚度为10nm；Cr_0.50Al_0.50金属层的厚度为70nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法并利用CrAl靶先沉积一层厚度为70nm的Cr_0.50Al_0.50金属层，然后利用CrAl靶再沉积一层1μm的Cr_0.50Al_0.50N底层；接着采用多靶交替沉积方法在Cr_0.50Al_0.50N底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为10nm，Al₂O₃层4的单层厚度为10nm，经过25个周期后得到厚度为0.5μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具H。

对照品H1和H2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具H和对照品H1、H2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表8：实施例8的本发明涂层刀具H与对照品H1、H2的对比实验效果

由上表8可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀片略有提高。

实施例9：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，如图1所示，该涂层刀具包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-xAl_x金属层2(具体为Cr金属层)和沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的含氧化物涂层，该含氧化物涂层包括沉积于Me_1-xAl_x金属层2上的Me_1-xAl_xN底层3(具体为CrN底层，面心立方结构)、以及沉积于Me_1-xAl_xN底层3上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和V₂O₅层5为一个调制周期的多周期涂层(具体为10个周期)。

在该涂层刀具中，含氧化物涂层的总厚度为3μm，CrN底层的厚度为2μm，V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为1μm，V₂O₅层5的单层厚度为30nm，Al₂O₃层4的单层厚度为70nm；Cr金属层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

首先将型号为CNMG120408的硬质合金刀片刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体1上采用物理气相沉积法并利用CrN靶先沉积一层厚度为50nm的Cr金属层，然后利用Cr靶再沉积一层2μm的CrN底层；接着采用多靶交替沉积方法在CrN底层上交替沉积以V₂O₅/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Al₂O₃层4，再沉积V₂O₅层5，其中V₂O₅层5的单层厚度为30nm，Al₂O₃层4的单层厚度为70nm，经过10个周期后得到厚度为1μm的多周期涂层，并最终得到本发明的涂层刀具I。

对照品I1和I2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具I和对照品I1、I2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表9：实施例9的本发明涂层刀具I与对照品I1、I2的对比实验效果

由上表9可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀具略有提高。与实施例2相比，仅将Cr_0.30Al_0.70N底层变化为CrN底层，其中CrN层的力学性能和热性能均较CrAlN低，导致其车削性能下降。

实施例10：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，与实施例2基本相同，区别仅在于：去除了Cr_0.30Al_0.70金属层。

一种本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，操作步骤与实施例2基本相同，区别仅在于：去除了制备Cr_0.30Al_0.70金属层的步骤。

对照品J1和J2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具J和对照品J1、J2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表10：实施例10的本发明涂层刀具J与对照品J1、J2的对比实验效果

由上表10可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀具均有明显提高。与实施例2相比，仅将CrAl金属过渡层去掉，降低了涂层与基体的结合强度，导致其车削性能下降。

实施例11：

一种本发明的具有含氧化物涂层的涂层刀具，与实施例3基本相同，区别仅在于：V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层中Al₂O₃层4与V₂O₅层5的沉积先后顺序不同，即Al₂O₃层4与V₂O₅层5的位置进行了上下置换。

一种本实施例的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，操作步骤与实施例3基本相同，区别仅在于：V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层中Al₂O₃层4与V₂O₅层5的沉积先后顺序不同，即各周期内，先沉积V₂O₅层5，再沉积Al₂O₃层4。

对照品K1和K2同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层和CrAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具K和对照品K1、K2进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表11：实施例11的本发明涂层刀具K与对照品K1、K2的对比实验效果

由上表11可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的两种涂层刀具均有提高。与实施例3比较，仅改变了V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层中Al₂O₃层4与V₂O₅层5的沉积先后顺序，切削性能相当。

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 (15)

1.一种具有含氧化物涂层的涂层刀具，包括刀具基体和沉积于刀具基体上的含氧化物涂层，其特征在于：所述含氧化物涂层包括沉积于刀具基体上的Me_1-xAl_xN底层和沉积于Me_1-xAl_xN底层上的V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层；所述Me_1-xAl_xN底层中，Me为Ti或Cr中的一种，当Me为Ti时，0≤x≤0.66，当Me为Cr时，0≤x≤0.70，所述Me_1-xAl_xN底层的晶体结构为面心立方结构；所述V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层是以V₂O₅层和Al₂O₃层为调制周期的多周期涂层，所述V₂O₅层的单层厚度为10nm～200nm，所述Al₂O₃层的单层厚度为10nm～200nm。

2.根据权利要求1所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述Me_1-xAl_xN底层中，当Me为Ti时，0.30≤x≤0.66，当Me为Cr时，0.30≤x≤0.70。

3.根据权利要求1所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述含氧化物涂层的总厚度为1.5μm～8μm。

4.根据权利要求3所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述含氧化物涂层的总厚度为2μm～6μm。

5.根据权利要求1所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述Me_1-xAl_xN底层的厚度为1μm～4μm。

6.根据权利要求5所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述Me_1-xAl_xN底层的厚度为1μm～3μm。

7.根据权利要求1所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为0.5μm～4μm。

8.根据权利要求7所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述V₂O₅/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为0.5μm～3μm。

9.根据权利要求1所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述V₂O₅层的单层厚度为50nm～150nm。

10.根据权利要求1所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述Al₂O₃层的单层厚度为50nm～150nm。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述含氧化物涂层与所述刀具基体之间还设有过渡层，所述过渡层为Me_1-xAl_x金属层。

12.根据权利要求11所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述过渡层的厚度为30nm～100nm。

13.根据权利要求12所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具，其特征在于：所述过渡层的厚度为30nm～50nm。

14.一种如权利要求1～10中任一项所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺，先利用MeAl靶在所述刀具基体上沉积Me_1-xAl_xN底层，然后利用多靶交替沉积方式在Me_1-xAl_xN底层上沉积以V₂O₅层和Al₂O₃层为一个调制周期的多周期涂层，得到具有含氧化物涂层的涂层刀具。

15.一种如权利要求11～13中任一项所述的具有含氧化物涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺，先在所述刀具基体上沉积过渡层，然后在所述过渡层上沉积Me_1-xAl_xN底层，再利用多靶交替沉积方式在所述Me_1-xAl_xN底层上沉积以V₂O₅层和Al₂O₃层为一个调制周期的多周期涂层，得到具有含氧化物涂层的涂层刀具。