CN109072406B - 涂覆的切削工具 - Google Patents

Abstract

一种涂覆的切削工具，所述切削工具包含主体(1)和在主体上的PVD涂层(7)，其中主体包含硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、多晶金刚石、多晶立方氮化硼基材料或高速钢，并且其中该涂层包含(Ti_1‑xAl_x)N的第一层(2)，其中0.3≤x≤0.7，和(Ti_1‑p‑qAl_pSi_q)N的第二层(3)，其中0.15≤p≤0.45且0.05≤q≤0.20，其中从主体(1)的方向看，第二层沉积在所述第一层(2)外面。

Description

涂覆的切削工具

技术领域

本发明涉及一种用于切屑成形金属机械加工的涂覆的切削工具，所述切削工具包含主体和涂层以用于产生高的工具温度的金属切削应用，例如超合金和/或研磨材料，例如硬化钢的机械加工。所述涂层包含通过物理气相沉积(PVD)沉积的基于(Ti,Al)N和(Ti,Al,Si)N的至少两个亚涂层。

背景技术

自1980年代中期以来，一直在努力改进PVD工具涂层的性质例如耐磨性，并由此改进其性能。那时，常规做法是用TiN、随后的Ti(C,N)及其组合涂覆切削工具。然而，由于其在升高的温度下抗氧化性较差，因此提出了将TiN与Al合金化产生(Ti,Al)N并在1990年代中期实施得到良好的结果，并且有时与Ti(C,N)一起成为多层来结合它们的性质。

如今，(Ti,Al)N基涂层是用于金属切削应用的最常见的硬质保护性PVD涂层材料。(Ti,Al)N的立方B1结构，作为一个整体层或叠层涂层结构的一部分，结合了吸引人的机械性质例如高硬度和改进的高温稳定性和抗氧化性，从而在金属机械加工应用中提供了良好的性能。(Ti,Al)N的技术效益及其优异的物理性质，特别是在高温下的优异物理性质，是通过亚稳态分解过程来部分解释，在此期间立方(Ti,Al)N同结构地分解为相干立方c-AlN富集域和c-TiN富集域。相干c-AlN富集域和c-TiN富集域之间的弹性性质和晶格失配的组合导致显著的时效硬化，在此期间(Ti,Al)N薄层的硬度显示出15％和20％之间的增加。在进一步老化时，c-AlN转变成热力学稳定的六方纤维锌矿B4结构h-AlN，从而产生包含c-TiN和h-AlN的具有降低的机械性质的双相结构。

在2000年代期间，将Si纳入TiN合金化生成(Ti,Si)N材料开始用于改进硬度和热性质，这对于硬化材料的机械加工特别有用。经常使(Ti,Si)N层成为与(Ti,Al)N基层相结合的叠层结构中的一个层。

如今，工业不断寻求经济和高生产率制造的解决方案。为了满足这些要求，需要具有先进性质的新材料以改进操作期间的工具寿命。在金属切削工具工业中，这种努力的大部分集中在通过设计在应用中使用的涂层材料的性质来改进切削工具的磨损行为。通常，高生产率切削过程导致工具温度的急剧增加，因此具有高温耐磨性的涂层材料是必不可少的。

完全硬化材料(48至65HRC)的高效机械加工对于生产用于例如压制、注塑、挤塑等的冲模和模具的冲模&模具行业变得越来越重要，因为它由于消除了硬化处理和研磨/抛光操作，从而减少了总生产成本以及订货到交货的周期。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种特别适用于机械加工硬化钢的涂覆的切削工具，其具有的涂层示出改进的高温性能以及高耐磨损性能，这导致在产生高温和/或要求高耐磨损性能的金属切削应用中改进的性能。本发明还证明了保持宏观切割几何形状稳定的高能力，以便在长时间使用期间产生不变的表面形貌，这对于从硬化钢机械加工例如模具和冲模尤为重要。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种在主体上的硬质耐磨的PVD涂层，其中所述主体包含硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、多晶金刚石、多晶立方氮化硼基材料或高速钢，并且所述涂层包含(Ti_1-xAl_x)N的第一层，其中0.3≤x≤0.7，和(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N的第二层，其中0.15≤p≤0.45和0.05≤q≤0.20，其中从所述主体的方向看，所述第二层沉积在所述第一层外面。

本说明书和权利要求中描述的主体应理解为在其上沉积硬质耐磨的PVD涂层的基体。切削工具的共同之处在于，该主体，例如整体硬质合金铣削工具、钻具或切削刀片，可以是整体主体或包含在其上放置其它材料的衬背体的主体。

根据本发明的一个实施方式，0.40≤x≤0.70，优选0.50≤x≤0.70，最优选0.60≤x≤0.67。

根据一个实施方式，0.20≤p≤0.40，优选0.25≤p≤0.37。

根据一个实施方式，0.08≤q≤0.18，最优选0.10≤q≤0.18。

根据本发明的一个实施方式，所述第二层是单层。

根据一个实施方式，所述第一层的厚度为0.2μm至5.0μm，优选0.2μm至3.0μm，最优选0.2μm至2.5μm。

根据一个实施方式，所述第二层的厚度为0.5μm至6.0μm，优选0.5μm至4.0μm，最优选1.0μm至3.0μm。

根据一个实施方式，所述第一层被布置为与所述主体接触。

根据一个实施方式，所述第二层布置在所述第一层上并与第一层接触。

根据一个实施方式，所述第一层包括第一亚层和第二亚层，第一亚层被布置地比第二亚层更靠近所述主体，并且第一亚层的平均柱宽为第二亚层的晶粒尺寸的至少两倍，优选为第二亚层的晶粒尺寸的四倍。

根据一个实施方式，所述第一层的第一亚层的厚度为0.2μm至1μm，第二亚层的厚度为0.2μm至2.0μm。

根据一个实施方式，所述第一层的第一亚层具有50nm至200nm的平均柱宽。

根据一个实施方式，所述第一层的第二亚层具有5nm至30nm的平均晶粒尺寸。

根据一个实施方式，所述涂层包含外层，所述外层是沉积在所述第二层上并与所述第二层接触的单层或叠层，并包含以下组成的任意一种：TiN、(Ti,Al)N、(Ti,Al,Si)N。所述外层也可以是碳氮化物或来自前述氮化物的任何其它氮化物。优选地，所述外层是(Ti,Al,Si)N的单层。

根据一个实施方式，所述涂层包含由(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N组成的最外层，其中0.15≤p≤0.45且0.05≤q≤0.20。

根据一个实施方式，所述涂层包含由(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N组成的最外层，其中0.15≤p≤0.45且0.05≤q≤0.20，并且所述最外层具有比所述第二层低的Al含量和/或Si含量。

根据一个实施方式，所述最外层沉积在所述第二层上并与第二层接触，并且厚度为0.05μm至0.8μm，优选0.1μm至0.5μm。

根据一个实施方式，在所述工具的外径上测量的包括任何任选的最内层或最外层在内的总涂层厚度t_OD为0.7μm至10μm，优选1.0μm至8μm，并最优选1.0μm至5μm。

根据一个实施方式，所述主体由包含4-15重量％Co和余量的WC，优选4-15重量％Co、0-2重量％Cr和余量的WC的硬质合金组成。

根据一个实施方式，所述主体由包含8.5-9.5重量％Co、0-2重量％Cr和余量的WC的硬质合金组成，并且矫顽力(H_c)高于35kA/m。

根据本发明的一个实施方式，所述整体铣削工具包含切削刃和侧刀面、圆角半径或全半径，在从所述切削刃的垂直方向上距所述切削刃至少50μm且至多100μm的位置处的侧刀面上测量的涂层厚度t_w、与在切削直径Dc的50％的距离处并且从圆角半径或全半径与外径之间的过渡部分处的侧刀面上测量的涂层厚度t_OD之比为0.7-1.2。

根据一个实施方式，所述涂覆的切削工具是全半径整体硬质合金铣削工具，也称为球头整体硬质合金铣削工具，包含切削刃、前刀面和侧刀面，并且在距离中心为切削直径Dc的25％的位置处的侧刀面上，在垂直方向上距离切削刃至少50μm且至多100μm的位置处测量的总涂层厚度t_w为1.5μm至5μm。

根据一个实施方式，所述涂覆的切削工具是高进给整体铣削工具或端刃倾角大于4°的复曲面整体铣削工具，优选用于以低切削深度和低切削宽度机械加工硬化钢，所述切削工具包含切削刃、前刀面和侧刀面，并且在距离中心为切削直径Dc的40％的位置处的侧刀面上，在垂直方向上距切削刃为至少50μm且至多100μm的位置处测量的总涂层厚度t_w为1.5μm至5μm。

根据一个实施方式，所述切削工具是整体硬质合金铣削工具，优选为全半径整体铣削工具，也称为球头整体铣削工具、高进给整体铣削工具或端刃倾角大于4°的复曲面整体铣削工具。

根据本发明的涂覆的切削工具的一个优点是所述硬质耐磨涂层具有改进的耐磨损性和高温稳定性。根据本发明的涂覆的切削工具的另一个优点是涂覆的切削工具在硬质材料如硬化钢的金属切削应用中具有改进的性能。根据本发明的涂覆的切削工具的又一个优点是它可以用于长时间在所生产的工件上产生高表面质量并保持所需的高公差。

根据本发明的第二方面，提供了一种通过应用PVD(物理气相沉积)技术、优选阴极电弧蒸发来制造包含主体和硬质耐磨涂层的涂覆的切削工具的方法，所述方法包括：

-在沉积之前清洁所述主体，和

-通过以下条件来生长所述第一层和所述第二层：分别使用复合或合金化(Ti,Al)和(Ti,Al,Si)阴极，施加50A和200A之间的蒸发电流，使用总气压为1.0Pa至8.0Pa的包含纯N2或混合N2和例如Ar气的反应性气体气氛，施加20V至400V的负基体偏压，并施加200℃至800℃、优选300℃至600℃的沉积温度。

根据本发明的第三方面，提供了根据上述实施方式的任意一种的涂覆的切削工具的用途，其中所述涂覆的切削工具是整体硬质合金铣削工具，其用于机械加工，取决于工件材料、硬度、切削速度和整体立铣刀类型，切削速度为50-300m/分钟、优选80-280m/分钟，在铣削的情况下每齿平均进给量为0.009-0.019x Dc mm、优选0.010-0.015x Dc mm。Dc是整体硬质合金铣削刀具的直径。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施方式的示意性涂覆的结构构建。

图2示出了根据本发明的一个实施方式的示意性涂覆的结构构建。

图3示出根据本发明的一个实施方式的示意性涂覆的结构构建。

图4示出了高进给整体铣削工具或端刃倾角大于4°的复曲面整体铣削工具以及测量涂层厚度的位置。

图5a-c示出了全半径整体铣削工具，也称为球头整体铣削工具以及测量涂层厚度的位置。

图6示出了根据本发明的一个实施方式的涂层的TEM(透射电子显微镜)照片。

图7示出了如何测量球头整体铣削工具的磨痕、即侧面磨损的实例。

图8示出了根据本发明的一个实施方式的X射线衍射图。

定义

单层；该术语用于通过使得所述主体经过仅来自阴极组合物和生长参数的一种组合的沉积熔剂而沉积的层。由于旋转导致的时间交替沉积条件，如果在足够高的放大倍数下分析，这种单层通常含有分层结构。

层叠的层/涂层；通常，层叠的涂层结构，如实施例1中的变体A至C，是通过在其它方面固定的沉积条件下，使得所述涂层主体交替经过来自用于生长不同层的至少两种不同阴极组合物的沉积熔剂而获得。由于利用3重旋转而涂覆的工具并不总是在不同材料的蒸发源前面以相似的位置通过沉积熔剂；所以不能限定对波长(不同材料的两个连续层的厚度)或单个层厚度的准确度量。

组合物；对于(Ti,Al)N层和(Ti,Al,Si)N层，应该理解，氮含量优选接近化学计量，但可以允许在90-110原子％的区间内变化。另外，尽管在整个说明书中使用只有N的化学命名，但所述层可含有一些氧(O)和/或碳(C)，氧(O)和/或碳(C)的浓度通过EDS测定为0至3原子％，优选0至2原子％。如果使用磁控溅射作为沉积技术，所述涂层中可存在0至3原子％的氩(Ar)。

晶粒尺寸；在说明书中提及的晶粒尺寸和柱宽是基于在已知放大倍数下对涂层7的TEM显微照片的分析。柱宽是用于当晶粒在层的生长方向上伸长并且所述层由此获得柱状晶粒结构时的晶粒尺寸。柱宽是晶粒垂直于其长度方向的尺寸。

为了测量第一亚层4的晶粒的柱宽，测量10个晶粒的与平行于主体1表面的第一线相交的平均柱宽。所述第一线是在平行于主体1的表面的第一亚层4的中间绘制，并测量截取10个晶粒的第一线的长度。通过计算截取10个晶粒的第一线的实长，并将所述第一线的实长除以10，得到一个晶粒的平均柱宽。

为了测量第二亚层5的晶粒尺寸，测量处于反射取向(黑色)的10个晶粒的平均尺寸。第二线是在平行于主体1的表面的第二亚层5的中间绘制，并测量和计算截取处于反射取向(黑色)的10个晶粒的第二线部分的合并长度。通过计算截取10个晶粒的第二线部分的实长，并将所述第二线的实长除以10，获得第二亚层中的一个晶粒的平均晶粒尺寸。

为了测量第二层3的柱宽，测量与平行于主体1的表面的线相交的10个柱的平均宽度。第三线是在平行于主体1的表面的第二层3的中间绘制，并测量截取10个晶粒的第三线的长度。通过计算截取10个晶粒的第三线的实长，并将所述第三线的实长除以10，获得第二层3中的一个晶粒的平均柱宽。

具体实施方式

根据图1中示意性示出的本发明的一个实施方式，提供了一种涂覆的切削工具，所述切削工具包含例如硬质合金的主体1，以及通过PVD沉积在所述主体上的硬质耐磨涂层7。所述涂层7包含第一层2，第一层2是(Ti_1-xAl_x)N的单层，其中0.3≤x≤0.7，以及(Ti_{1-p- q}Al_pSi_q)N的第二层3，其中0.15≤p≤0.45且0.05≤q≤0.20。第二层3沉积在第一层2上并与第一层2接触。所述第一层的厚度为0.2μm至5.0μm，并且所述第二层的厚度为0.5μm至6.0μm。

图2示出了本发明的一个可选实施方式，其中涂覆的切削工具的主体1设置有涂层7，涂层7包含第一层2，第一层2是(Ti_1-xAl_x)N的单层，其中0.3≤x≤0.7，以及(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N的第二层3，其中0.15≤p≤0.45且0.05≤q≤0.20。第二层沉积在第一层2上并与第一层2接触。所述第一层包括第一亚层4和第二亚层5，所述第一亚层被布置地比第二亚层5更靠近所述基体。第一亚层4的厚度为0.2μm至1μm，并且第二亚层5的厚度为0.2μm至2.0μm。

根据图3中示意性示出的本发明的一个实施方式，结合图2描述的涂层设置有沉积在第二层3上并与第二层3接触的最外层6。所述最外层是(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N的单层，其中0.15≤p≤0.45且0.05≤q≤0.20，并且厚度为0.1μm至0.5μm。所述最外层具有与第二层3不同的应力状态和/或表面形态。另外，所述最外层具有比第二层低的Al含量和/或Si含量。

图4示意性示出了一种复曲面整体铣削工具，所述铣削工具包括切削刃8、前刀面9和侧刀面10、外径15、圆角半径12、以及圆角半径12与外径15之间的过渡部分14。在侧刀面上以垂直方向距切削刃至少50μm且至多100μm的位置处、且在距离中心11为工具直径的40％的位置处测量，涂层或层厚度t_w为1.5μm至5μm。

图5c-c示出了全半径整体硬质合金铣削工具，也称为球头整体硬质合金铣削工具，所述铣削工具包含切削刃8、前刀面9、侧刀面10、外径15、全半径13、以及全半径13和所述外径之间的过渡部分14。在侧刀面上以垂直方向距切削刃8至少50μm且至多100μm的位置处、且在距离中心11为工具直径的25％的位置处测量，涂层或层厚度t_w为1.5μm至5μm。

图6示出了根据本发明的一个实施方式的涂层的TEM(透射电子显微镜)照片，其中所述涂覆的切削工具的主体1设置有涂层7，涂层7包含第一层2，第一层2是(Ti_1-xAl_x)N的单层，其中0.3≤x≤0.7，以及(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N的第二层3，其中0.15≤p≤0.45且0.05≤q≤0.20。所述第二层沉积在第一层2上并与第一层2接触。所述第一层包括第一亚层4和第二亚层5，所述第一亚层被布置地比第二亚层5更靠近基体，并且第一亚层的平均柱宽是所述第二亚层的晶粒尺寸的至少两倍。第一亚层4的厚度为0.2μm至1μm，并且第二亚层5的厚度为0.2μm至2.0μm。

图8示出了本发明的一个实施方式的θ-2θX射线衍射图，验证了如以下沉积的涂层的氯化钠结构，所述涂层包含第一(Ti,Al)N基亚层4和第二(Ti,Al)N基亚层5以及(Ti,Al,Si)N基第二层3。在2θ(x轴)中约43°处的宽衍射峰是氯化钠结构的(200)晶格面。没有指出的其余峰来自WC:Co主体1。使用Bruker AXS D8-advance X射线衍射仪和Cu Kα辐射以θ-2θ(Bragg-Brentano)配置，通过X射线衍射(XRD)进行涂层相检测。通常，多晶混合相材料中的每个相的检测限小于5体积％。由于不存在源自涂层的其它峰，因此所有层均由具有一些不同晶格参数的立方氯化钠相组成。所述(Ti,Al)N基第一亚层4、(Ti,Al)N基第二亚层5和(Ti,Al,Si)N基第二层3由立方氯化钠相组成。另外，涂层7还可含有接近XRD技术检测限的少量非晶相。

根据本发明的一个实施方式，所述主体是涂覆的切削工具的基体，所述切削工具例如是用于通过排屑进行机械加工的立铣刀。所述主体包括硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、多晶金刚石、立方氮化硼(cBN)基材料或高速钢的硬合金主体1。本发明的涂层也可以用于例如钻具、螺纹丝锥、铰刀、切削刀片和其它切削工具。

所述(Ti,Al,Si)N涂层还可包含少量的基本不改变所述(Ti,Al,Si)N涂层的性质的一种或多种其它金属元素Me，例如由PVD沉积过程中使用的靶材中的杂质产生的金属元素，所述金属元素例如小于涂层中Ti+Al+Si+Me的总和的1原子％，或小于0.5原子％，或小于0.3原子％，或小于0.1原子％。Me是Zr、Hf、Cr、V、Nb、Ta、Mo、Fe和W中的一种或多种。

第二层3可以是包含(Ti,Al,Me,Si)N的单层，其中Me是来自元素周期表的4B、5B和6B族中的一种或多种元素，并且Me小于5原子％。

根据一个实施方式，第二层3是层叠的层，它是基于(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N，其中0.15≤p≤0.40且0.05≤q≤0.20，和第二材料TiN、(Ti,Al)N、(Ti,Al,Cr)N、(Cr,Al)N或来自元素周期表的4B、5B和6B族中的其它碳化物和/或氮化物。

实施例

实施例1

一种直径6mm且刃圆度大于3μm的整体硬质合金球头铣刀被用作通过阴极电弧蒸发来沉积的涂层的主体，所述整体硬质合金球头铣刀的组成为9重量％Co和0.4重量％Cr和余量的WC，内聚力Hc为39kA/m。

在沉积之前，在水基碱溶液的超声浴中清洁所述工具。将系统抽真空到压力小于2.0×10^-3Pa，然后对安装在3重旋转夹具上的所述工具利用Ar离子进行溅射清洗。

第一层是(Ti,Al)N基层，由x约为0,65的粗粒(Ti_1-xAl_x)N层组成，其使用在-40V和-100V之间的偏压，在3.5Pa N₂气氛中从组成为Ti/Al：33/67原子％的复合阴极直接沉积到所述硬质合金体上。生长温度为约500℃，使用的电弧蒸发电流在100A-200A范围内。所述(Ti,Al)N基第一层的厚度为0.50μm至1.3μm。

在所述(Ti,Al)N基第一层上沉积第二层的三种不同变体A、B和C，第二层为耐磨损层。第二层由交替(Ti,Al)N和(Ti,Si)N层组成的层叠结构组成，其中所述(Ti_1-xAl_x)N层的x约为0.65，并且所述(Ti_1-ySi_y)N层的y约为0.1(变体A)、y约为0,15(变体B)和y约为0,2(变体C)。所述层叠的第二层的沉积数据是：3.5Pa N₂气氛，使用-80V的偏压、约500℃的生长温度、和在130A-180A范围内的电弧蒸发电流。所述层叠的第二层的厚度是0.9μm至1.3μm。

本发明的变体(变体D)具有耐磨损层，相当于图1中的第二层3，组成为(Ti_{1-a- b}Al_aSi_b)N_c，其中a约为0,3、b约为0,12和c约为1(从阴极组成估算)。第二层3的生长是在以下条件下进行：3.5Pa N₂气氛，使用组成为Ti/Al/Si：52/33/15原子％的复合靶材，使用-80V的偏压、约500℃的生长温度、和在130A-200A范围内的电弧蒸发电流。

3D形状的仿形铣削试验使用以下切削参数进行：

平均侧面磨损是如图7中所述和所示地进行估算，其中磨损是以分布在所述磨损上的10次测量结果的平均值为特征。图7示出了整体硬质合金球头铣刀的磨痕。图7中的图片的中心位置11对应于图5中的中心11。在表7中，磨痕尺寸在不同位置中根据以下所述：位置16是74μm；位置17是52μm；位置18是65μm；位置19是66μm；位置20是58μm；位置21是55μm；位置22是42μm；位置23是66μm；位置24是62μm；以及位置25是83μm。试验结果在表1中示出。

表1

*t_OD，在图5中的t_OD位置测量的层厚度。

实施例1清楚地表明，使用根据本发明实施方式的切削工具，工具寿命长得多。

实施例2

在该实施例中，对与实施例1中类似的工具进行涂覆。对于变体F，第一层2被分成第一亚层4和第二亚层5。第二亚层5由细粒结构组成，第一亚层4由粗粒结构组成，如图6中的亚层所见的亚层。对于变体E和F，第二层3是相同的，并使用与实施例1中的变体B相同的数据生长。对于变体F，第二亚层5约为第一子层4的双倍厚度。第一亚层4的柱宽和第二亚层5的晶粒尺寸可分别估算为100nm和15nm。试验结果在表2中示出。

表2

*t_OD，在图5中的t_OD位置测量的层厚度。

实施例2清楚表明，当使用根据本发明实施方式的切削工具时，其中第一层2是部分细粒的，工具寿命增加。

实施例3

在该实施例中，对与实施例1中类似的工具涂覆不同的涂层厚度。参见表3，对于变体G、H和I，所述工具外径上的涂层厚度t_OD是相当恒定的，而端面处的涂层厚度t_w是变化的。(Ti,Al)N的第一层2的沉积数据与实施例1中相同，而(Ti,Al,Si)N的第二层3的沉积数据与实施例1中的变体D相同。通过在沉积熔剂中利用所述工具的不同几何形状布置来获得不同的涂层厚度分布。

进行与实施例1类似的铣削试验，直至获得100m的侧面磨损。试验结果在表3中示出。

表3

*t_OD，在图5中的t_OD位置测量的层厚度。

作为(TiAlSi)N层的第二层3和作为(Ti,Al)N层的第一层2的涂层厚度之间的比率k，即(第二层3的厚度)/(第一层2的厚度)，保持在0.7-0.9的范围内。

实施例3表明，对于根据本发明实施方式的切削工具中的这种类型的工具几何形状而言，通过tw渐增来优化涂层厚度分布可以进一步增加工具寿命，但工具寿命不依赖于t_OD。

实施例4

在该实施例中，对与实施例1中类似的工具以在1.13至3.85之间变化的不同比率k(参见实施例3中的定义)进行涂覆。试验结果在表4中示出。

表4

*t_OD，在图5中的t_OD位置测量的层厚度。

实施例4表明，在根据本发明实施方式的切削工具中，通过朝着k值渐增来优化第一层和第二层的层厚度，可以进一步增加工具寿命。

实施例5

在该实施例中，对与实施例1类似的工具进行涂覆。变体M和N如实施例2中的变体F那样涂覆。变体O是单层细粒(Ti_1-xAl_x)N_z层，其中x约为0,65且z约为1，其是如今用于这类工件材料的涂层。试验结果在表5中示出。

所述试验使用以下切削数据进行：

工件材料：1.2344(53HRC)

Vc：280m/分钟

Fz：0.078mm

Ae：0.05mm

Ap：0.05mm

所述变体如实施例1中那样测试，但工件材料硬度仅为HRC 53。

表5

*t_OD，在图5中的t_OD位置测量的层厚度。

该实施例清楚地表明，当以较软材料并使用根据本发明实施方式的切削工具进行仿形铣削时，工具寿命增加。

实施例6

在该实施例中，将直径为6mm、组成为9重量％Co、0.4重量％Cr和余量的WC、内聚力Hc为39kA/m的整体硬质合金高进给铣削工具进行涂覆。变体P如实施例2中变体F那样涂覆。变体Q是单层细粒(Ti_1-xAl_x)N_z层，其中x约为0,65且z约为1，其是如今用于这类工件材料的涂层。试验结果在表6中示出。

所述试验使用以下切削数据进行：

冷却剂： 乳液

工件材料： Ti6Al4V

切削数据：

Vc＝115m/分钟

n＝6100RPM

Vf＝2440mm/分钟

fz＝0.1mm

ap＝0.15mm

ae＝4mm

表6

*t_OD，在图5中的t_OD位置测量的层厚度。

该实施例清楚地表明，在钛合金的凹坑铣削中，当使用根据本发明实施方式的切削工具时，工具寿命增加。

Claims (13)

1.一种涂覆的整体铣削工具，所述整体铣削工具包含主体(1)和PVD涂层(7)，其中所述主体包含硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、多晶金刚石、多晶立方氮化硼基材料或高速钢，所述涂层包含第一层(2)和第二层(3)，所述第一层(2)的组成是(Ti_1-xAl_x)N，并且所述第二层(3)的组成是(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N，其中0.15≤p≤0.45且0.08≤q≤0.20，其中从所述主体(1)的方向看，所述第二层布置在所述第一层(2)外面，其特征在于0.60≤x≤0.70且所述第二层(3)的厚度为0.5μm至3.0μm。

2.根据权利要求1所述的涂覆的整体铣削工具，其中0.60≤x≤0.67。

3.根据权利要求1或2所述的涂覆的整体铣削工具，其中0.20≤p≤0.40，优选0.25≤p≤0.37。

4.根据权利要求1或2所述的涂覆的整体铣削工具，其中0.08≤q≤0.18。

5.根据权利要求1或2所述的涂覆的整体铣削工具，其中所述第一层(2)的厚度为0.2μm至5.0μm，优选0.2μm至3.0μm，最优选0.2μm至2.5μm。

6.根据权利要求1或2所述的涂覆的整体铣削工具，其中所述第二层(3)的厚度为1.0μm至3.0μm。

7.根据权利要求1或2所述的涂覆的整体铣削工具，其中所述第一层(2)包含第一亚层(4)和第二亚层(5)，所述第一亚层被布置地比所述第二亚层(5)更靠近所述主体，并且第一亚层的平均柱宽为所述第二亚层(5)的晶粒尺寸的至少两倍，优选为所述第二亚层(5)的晶粒尺寸的四倍。

8.根据权利要求7所述的涂覆的整体铣削工具，其中所述第一亚层(4)具有0.2μm至1μm的厚度，并且所述第二亚层(5)具有0.2μm至2.0μm的厚度。

9.根据权利要求7所述的涂覆的整体铣削工具，其中所述第一亚层(4)具有50nm至200nm的平均柱宽，并且所述第二亚层(5)具有5nm至30nm的平均晶粒尺寸。

10.根据权利要求1或2所述的涂覆的整体铣削工具，其中所述涂层(2)包含最外层(6)，所述最外层(6)由(Ti_1-p-qAl_pSi_q)N组成，其中0.15≤p≤0.45且0.05≤q≤0.20，并具有0.05μm至0.8μm、优选0.1μm至0.5μm的厚度，并且其中所述最外层(6)具有与所述第二层(4)不同的应力状态。

11.根据权利要求1或2所述的涂覆的整体铣削工具，其中所述主体(1)是包含4-15重量％Co、0-2重量％Cr和余量的WC的硬质合金。

12.根据权利要求1或2所述的涂覆的整体铣削工具，其中所述整体铣削工具包含切削刃(8)和侧刀面(10)、外径(15)、圆角半径(12)或全半径(13)、和外径(15)，在从所述切削刃的垂直方向上距所述切削刃(8)至少50μm且至多100μm的位置处的所述侧刀面(10)上测量的涂层厚度t_w、与在切削直径Dc的50％距离处并且从所述圆角半径(12)或所述全半径(13)与所述外径(15)之间的过渡部分(14)处的所述侧刀面(10)上测量的涂层厚度t_OD之比为0.7至1.2。

13.一种通过应用物理气相沉积(PVD)技术来制造根据权利要求1-12中的任一项所述的涂覆的整体铣削工具的方法，所述方法包括：

-在沉积之前清洁所述主体，和

-通过以下条件来生长所述第一层(2)和所述第二层(3)：分别使用复合或合金化(Ti,Al)和(Ti,Al,Si)阴极，施加50A至200A之间的蒸发电流，使用总气压为1.0Pa至8.0Pa的包含纯N2或混合N2和例如Ar气的反应性气体气氛，施加20V至300V的负基体偏压，并施加200℃至800℃、优选300℃至600℃的沉积温度。

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