CN108277489A - 一种交联pvd硬质涂层高速切削刀具及制造方法 - Google Patents

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吴志国
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    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D

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Abstract

本发明公开了一种交联PVD硬质涂层高速切削刀具及制造方法。它包括基材，涂覆在基材外的PVD涂层，PVD涂层表面涂覆有金刚石薄膜，金刚石薄膜外表面通过刺针冲击有不规则分布的圆点，金刚石薄膜的外围涂覆有CVD涂层，PVD涂层和CVD涂层通过金刚石薄膜以及金刚石薄膜上分布的圆点紧密并互相交联复合为一体。其优点在于：其优点在于：其紧密并互相交联复合为一体，具有足够的连接强度，结合力非常强,利用了PVD技术对基材的预处理保护，大大提高了刀具材料抗弯强度；该金刚石薄膜的独特设计交联可靠，提高了复合能力并避免了涂层内部呈拉应力状态，使刀具在使用时产生微裂纹，而PVD涂层内部呈压应力状态，内部的微裂纹可自动修复，延长了使用寿命。

Description

一种交联PVD硬质涂层高速切削刀具及制造方法
技术领域
本发明涉及一种高速切削刀具，具体的是一种交联PVD硬质涂层高速切削刀具及制造方法。
背景技术
采用涂层技术可以使刀具获得良好的机械性能从而提高切削刀具使用寿命和提高机械加工效率，它是近代发展起来的材料表面处理工艺，目前常规的涂层技术通常可分为化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术两大类，对于CVD技术来说，由于涂层与基体结合强度较高并且其具有很好的耐磨性，因此，被广泛应用于硬质合金刀具的表面处理，然而CVD技术还存在处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度下降以及易导致刀具使用时产生微裂纹等问题严重制约着其发展，而对于PVD技术来说，由于采用PVD技术可大幅度提高高速钢刀具的切削性能，其工艺处理温度可控制在500℃以下，在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响，相对于CVD技术来说也得到了更快速的发展，然而这种技术还存在结合度不高的问题，因此，也从另外一方面制约了其发展，因此如何既能提高结合强度，又能提高刀具抗弯性能是一个难以解决的技术难题，后来有人提出将CVD和PVD叠加形成两种操作步骤的方案，实践证明，由于两种工艺本身存在属性上的制约很难进行融合发展，因此该技术一直不温不火。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种既能提高结合强度，又能提高刀具抗弯性能的交联PVD硬质涂层高速切削刀具及制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明的交联PVD硬质涂层高速切削刀具，包括基材，涂覆在基材外的PVD涂层，PVD涂层表面涂覆有金刚石薄膜，金刚石薄膜外表面通过刺针冲击有不规则分布的圆点，金刚石薄膜的外围涂覆有CVD涂层，PVD涂层和CVD涂层通过金刚石薄膜以及金刚石薄膜上分布的圆点紧密并互相交联复合为一体。
所述基材为硬质合金或高速钢基材。
所述PVD涂层为纳米涂层，总厚度为2-5纳米。
所述CVD 涂层为金属氮化物、碳化物或氧化物。
一种如上述交联PVD硬质涂层高速切削刀具的制造方法，包括以下步骤：
A、经过常规工艺将PVD涂层浆料沉积到基材上；
B、基材沉积PVD涂层后在其表面涂覆有金刚石薄膜，然后在金刚石薄膜外通过刺针冲击有不规则分布的圆点；
C、在步骤B中的产品上采用湿法喷砂操作将CVD 涂层沉积在金刚石薄膜外，获得1600-1700MPa 的压缩应力。
本发明的优点在于：
经过外层的CVD涂层，制造过程中较高的反应温度以及较快的沉积速率短时间内即可沉积好CVD涂层；较高的沉积温度，使气体分子或原子在PVD涂层表面吸附和扩散作用加强，化学反应更加充分，由此使得PVD涂层和CVD涂层通过金刚石薄膜以及金刚石薄膜上分布的圆点紧密并互相交联复合为一体，具有足够的连接强度，结合力非常强,从而也可以沉积更厚的涂层，刀具寿命比未涂层硬质合金刀具提高几十倍，特别是将CAD涂层设置在外侧，一方面，利用了PVD技术对基材的预处理保护，降低了较高温度对基材的影响，大大提高了刀具材料抗弯强度，涂层与基体间也不会产生η相，扩大了应用范围；另外一方面，特别是巧妙地通过PVD涂层表面涂覆有金刚石薄膜，金刚石薄膜外表面通过刺针冲击有不规则分布的圆点，该金刚石薄膜的独特设计交联可靠，提高了复合能力并避免了涂层内部呈拉应力状态，使刀具在使用时产生微裂纹，而PVD涂层内部呈压应力状态，内部的微裂纹可自动修复；，延长了使用寿命。
附图说明
图1为本发明高速切削刀具的截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的基于PVD技术的高速切削刀具及制造方法作进一步详细说明。
实施例一：
本实施例的交联PVD硬质涂层高速切削刀具，包括基材1，涂覆在硬质合金基材外的PVD涂层2，所说的PVD涂层2为纳米涂层，总厚度为2-5纳米，PVD涂层2表面涂覆有金刚石薄膜4，金刚石薄膜4外表面通过刺针冲击有不规则分布的圆点，金刚石薄膜4的外围涂覆有CVD涂层3，所说的CVD 涂层3为金属氮化物，PVD涂层2和CVD涂层3通过金刚石薄膜4以及金刚石薄膜上分布的圆点紧密并互相交联复合为一体4。
一种如上述交联PVD硬质涂层高速切削刀具的制造方法，包括以下步骤：
A、经过常规工艺将PVD涂层浆料沉积到基材上；
B、基材沉积PVD涂层后在其表面涂覆有金刚石薄膜，然后在金刚石薄膜外通过刺针冲击有不规则分布的圆点；
C、在步骤B中的产品上采用湿法喷砂操作将CVD 涂层沉积在金刚石薄膜4外，获得1600MPa 的压缩应力。
实施例二：
本实施例的交联PVD硬质涂层高速切削刀具，其特征在于：包括高速钢基材1，涂覆在基材外的PVD涂层2，所说的PVD涂层2为纳米涂层，总厚度为2-5纳米，PVD涂层2表面涂覆有金刚石薄膜4，金刚石薄膜4外表面通过刺针冲击有不规则分布的圆点，金刚石薄膜4的外围涂覆有CVD涂层3，所说的CVD 涂层3为碳化物或氧化物，PVD涂层2和CVD涂层3通过金刚石薄膜4以及金刚石薄膜上分布的圆点紧密并互相交联复合为一体4。
一种如上述交联PVD硬质涂层高速切削刀具的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、经过常规工艺将PVD涂层浆料沉积到基材上；
B、基材沉积PVD涂层后在其表面涂覆有金刚石薄膜，然后在金刚石薄膜外通过刺针冲击有不规则分布的圆点；
C、在步骤B中的产品上采用湿法喷砂操作将CVD 涂层沉积在金刚石薄膜4外，获得1700MPa 的压缩应力。

Claims (5)

1.一种交联PVD硬质涂层高速切削刀具，其特征在于：包括基材（1），涂覆在基材外的PVD涂层（2），所述PVD涂层（2）表面涂覆有金刚石薄膜（4），所述金刚石薄膜（4）外表面通过刺针冲击有不规则分布的圆点，所述金刚石薄膜（4）的外围涂覆有CVD涂层（3），所述PVD涂层（2）和CVD涂层（3）通过金刚石薄膜（4）以及金刚石薄膜上分布的圆点紧密并互相交联复合为一体（4）。
2.按照权利要求1所述的交联PVD硬质涂层高速切削刀具，其特征在于：所述基材（1）为硬质合金或高速钢基材。
3.按照权利要求1所述的交联PVD硬质涂层高速切削刀具，其特征在于：所述PVD涂层（2）为纳米涂层，总厚度为2-5纳米。
4.按照权利要求1所述的交联PVD硬质涂层高速切削刀具，其特征在于：所述CVD 涂层（3）为金属氮化物、碳化物或氧化物。
5.一种如权利要求1-4之一所述交联PVD硬质涂层高速切削刀具的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、经过常规工艺将PVD涂层浆料沉积到基材上；
B、基材沉积PVD涂层后在其表面涂覆有金刚石薄膜，然后在金刚石薄膜外通过刺针冲击有不规则分布的圆点；
C、在步骤B中的产品上采用湿法喷砂操作将CVD 涂层沉积在金刚石薄膜（4）外，获得1600-1700MPa 的压缩应力。
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