CN114026269A - 涂覆的切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涂覆的切削工具，包含具有涂层的基材，所述涂层包含TixAlyCrzSivN层，其中x是0.30～0.50，y是0.25～0.45，z是0.05～0.15，并且v是0.10～0.20，x+y+z+v＝1，所述TixAlyCrzSivN层包含立方相，所述立方相对于立方晶胞具有在
Figure DDA0003431282900000011
至
Figure DDA0003431282900000012
范围内的晶胞长度分布，并且在
Figure DDA0003431282900000014
至
Figure DDA0003431282900000013
的晶胞长度范围内在电子衍射图案的平均径向强度分布中包含多于一个强度极大值。

Description

涂覆的切削工具
本发明涉及一种特别适合于切削特别硬的工件材料(iso-H材料)的涂覆的切削工具。所述切削工具具有包含(Ti,Al,Cr,Si)N层的涂层。
背景技术
通常，用于金属机械加工的切削工具包含硬质材料如硬质合金的基材和沉积在基材表面上的薄耐磨涂层。切削工具的实例是切削刀片、钻头或立铣刀。
理想地，涂层应该具有高硬度，但同时具有足够的韧性，以尽可能长时间地承受苛刻的切削条件。
根据要切削的工件材料，对切削工具有不同的要求。与此相关，切削工具上的涂层的性能是非常重要的。
一组工件材料是硬化材料，例如硬化钢、冷硬铸铁和白口铸铁。这组材料被分类为iso-H材料。它们特别硬并且由于需要高切削力而难以切削。属于iso-H组的材料在切削操作期间产生大量的热。此外，在切削刃上存在高度磨损。
用于机械加工iso-H材料的切削工具的现有技术涂层通常是通过PVD工序沉积的(Ti,Al)N涂层。(Ti,Al)N涂层具有高硬度和高韧性，但缺乏足够的高温稳定性。
US 2015/0232978 A1公开了一种具有涂层的涂覆的切削工具，所述涂层包含由(Ti,Al)N、(Al,Cr)N和(Ti,Si)N的子层构成的多层，平均组成是约Ti0.45Al0.40Cr0.10Si0.05N。所述涂层通过阴极电弧蒸发而沉积。
EP 3434809 A1公开了一种具有(Ti,Al,Cr,Si)N涂层的涂覆的切削工具，所述涂层包含由(Ti,Si)N和(Al,Cr)N的子层构成的多层。所述涂层通过阴极电弧蒸发而沉积。
本发明的目的是提供一种尤其是在切削iso-H工件材料时具有优异的高温稳定性和改善的工具寿命的涂覆的切削工具。
附图说明
图1显示根据本发明的(Ti,Al,Cr,Si)N层的电子衍射图像。
图2显示根据本发明的(Ti,Al,Cr,Si)N层的电子衍射图像的径向强度分布曲线。
图3显示根据本发明的(Ti,Al,Cr,Si)N层的电子衍射图像的平均径向强度分布曲线。
图3a显示根据本发明的(Ti,Al,Cr,Si)N层的电子衍射图像的平均径向强度分布曲线的放大部分。
图4显示根据本发明的(Ti,Al,Cr,Si)N层的立方(2 0 0)峰的X射线θ-2θ衍射图。
图5显示HIPIMS沉积的(Ti,Al)N层的立方(2 0 0)峰的X射线θ-2θ衍射图。
图6显示电弧沉积的(Ti,Al,Cr,Si)N层的立方(2 0 0)峰的X射线θ-2θ衍射图。
图7显示沉积后原样的和不同热处理温度后的(Ti,Al)N层的X射线θ-2θ衍射图。
图8显示沉积后原样的和不同热处理温度后的根据本发明的(Ti,Al,Cr,Si)N层的X射线θ-2θ衍射图。
发明内容
现在已经提供了一种涂覆的切削工具，包含具有涂层的基材，所述涂层包含(Ti,Al,Cr,Si)N层，所述(Ti,Al,Cr,Si)N包含具有多于一个晶胞长度的立方相。
因此，本文公开了一种涂覆的切削工具，包含具有涂层的基材，所述涂层包含TixAlyCrzSivN层，其中x是0.30～0.50，y是0.25～0.45，z是0.05～0.15，并且v是0.10～0.20，x+y+z+v＝1，所述TixAlyCrzSivN层包含立方相，所述立方相对于立方晶胞具有在
Figure BDA0003431282880000031
至
Figure BDA0003431282880000032
范围内的晶胞长度分布并且在
Figure BDA0003431282880000033
至
Figure BDA0003431282880000034
的晶胞长度范围内在电子衍射图案的平均径向强度分布中包含多于一个强度极大值。
通过提供在电子衍射图案中到衍射图案中心的相同距离(半径)的所有强度的平均值，从所述衍射图案获得平均径向强度分布。然后，绘制随半径变化的平均强度。
多于一个晶胞长度的存在导致对于特定(hkl)面存在多于一个晶面间距。例如，本发明的(Ti,Al,Cr,Si)N层包含一般的立方结构，其中给定(2 0 0)反射，存在多于一个晶面间距。
多于一个晶胞长度的存在可以通过XRD或TEM分析(电子衍射)检测。例如，在电子衍射中的径向平均强度分布中，在一个实施方式中，(2 0 0)反射强度分布成使得看到三个极大值(参见图2)。本发明的这个具体实例中的极大值对应于
Figure BDA0003431282880000035
和
Figure BDA0003431282880000036
的d间距。在本发明的实施方式中，对于例如(1 1 1)、(2 2 0)和(2 2 2)的其它发射，还可以存在多于一个极大值。
在θ-2θXRD分析中，由于存在引起衍射的不同晶面间距，多于一个晶胞长度的存在影响特定(hkl)反射的衍射峰的形状。
在一个实施方式中，所述TixAlyCrzSivN层包含立方相，所述立方相在晶胞长度范围
Figure BDA0003431282880000037
至
Figure BDA0003431282880000038
内在电子衍射图案的强度分布中包含二至四个强度极大值。
在一个实施方式中，所述TixAlyCrzSivN层包含立方相，所述立方相在晶胞长度范围
Figure BDA0003431282880000041
至
Figure BDA0003431282880000042
内在电子衍射图案的强度分布中包含三个强度极大值，所述极大值分别位于
Figure BDA0003431282880000043
和
Figure BDA0003431282880000044
范围内。
在TixAlyCrzSivN层中，x优选是0.35～0.45，y优选是0.30～0.40，z优选是0.08～0.13，并且v优选是0.12～0.18，x+y+z+v＝1。
在一个实施方式中，TixAlyCrzSivN层具有3300HV至3700HV、优选3500HV至3700HV的硬度。
在一个实施方式中，TixAlyCrzSivN层具有≥320GPa，优选≥340GPa的折减杨氏模量。
在一个实施方式中，TixAlyCrzSivN层具有-3GPa至-6GPa的残余应力。
在一个实施方式中，TixAlyCrzSivN层具有小于3W/mK，优选1.8W/mK至2.8W/mK的热导率。
对于切削工具上的耐磨涂层，低热导率有益于保持来自切削工序的热负荷在工具基材上尽可能低。
所述TixAlyCrzSivN层的厚度合适地是0.5μm至6μm，优选1.5μm至4μm。
在一个实施方式中，在基材和TixAlyCrzSivN层之间存在至少一个金属氮化物层，所述金属氮化物层合适地是Ti、Cr和Zr中的一种或多种的氮化物，任选地与Al一起。优选地，所述金属氮化物层是TiN或(Ti,Al)N的层。所述金属氮化物层充当TixAlyCrzSivN层和基材之间的粘附增强层。
在基材和TixAlyCrzSivN层之间的所述至少一个金属氮化物层的厚度合适地是0.1μm至3μm，优选0.5μm至2μm。
所述涂覆的切削工具的基材可以是在用于金属机械加工的切削工具的领域中常见的任何类型的基材。所述基材合适地选自硬质合金、金属陶瓷、cBN、陶瓷、PCD和HSS。
在一个优选的实施方式中，所述基材是硬质合金。
在一个优选的实施方式中，所述涂覆的切削工具包含具有涂层的硬质合金的基材，所述涂层包含0.5μm至6μm的TixAlyCrzSivN层，x是0.30～0.50，y是0.25～0.45，z是0.05～0.20，并且v是0.10～0.20，x+y+z+v＝1，所述TixAlyCrzSivN层包含立方相，所述立方相对于立方晶胞具有在
Figure BDA0003431282880000051
至
Figure BDA0003431282880000052
范围内的晶胞长度分布，在基材和TixAlyCrzSivN层之间存在0.1μm至3μm的(Ti,Al)N层。
所述涂覆的切削工具可以是涂覆的切削刀片，例如用于车削的涂覆的切削刀片或用于铣削的涂覆的切削刀片，或用于钻孔的涂覆的切削刀片，或用于车螺纹的涂覆的切削刀片，或用于分断和开槽的涂覆的切削刀片。所述涂覆的切削工具还可以是涂覆的实心工具，例如实心钻头、端铣刀或丝锥。
所述TixAlyCrzSivN层优选是溅射沉积层，最优选是HIPIMS(高功率脉冲磁控溅射)沉积层。
当沉积TixAlyCrzSivN时，优选使用包含Ti、Al、Cr和Si的所有元素的靶。
制造如本文公开的涂覆的切削工具的方法包括：提供基材和优选以HIPIMS模式沉积TixAlyCrzSivN层，x是0.30～0.50，y是0.25～0.45，z是0.05～0.20，并且v是0.10～0.20，x+y+z+v＝1。当使用HIPIMS模式时，峰值功率密度合适地＞0.2kW/cm2，优选＞0.4kW/cm2，最优选＞0.7kW/cm2，峰值电流密度合适地＞0.2A/cm2，优选＞0.3A/cm2，最优选＞0.4A/cm2，并且最大峰值电压合适地是300～1500V，优选400～900V。
沉积期间的基材温度合适地是350℃至600℃，优选是400℃至550℃。
HIPIMS工序中使用的DC偏置电压合适地是20～100V，或30～80V(负偏压)。
HIPIMS工序中的平均功率密度合适地是20～110W·cm-2，优选30～90W·cm-2。
HIPIMS工序中使用的脉冲长度合适地是2μs至200ms，优选10μs至100ms。
在沉积工序中，优选使用一个或多个具有相同组成的TiAlCrSi靶。在一个实施方式中，使用三个靶(一行)。
如在金属氮化物的PVD沉积中常见的，在金属氮化物中可能存在略微过化学计量或略微欠化学计量的氮。因此，氮含量相对于(Ti,Al,Cr,Si)N中的总金属含量而言可以在完全化学计量1:1之外，并且可以是高于或低于50原子％如40～60原子％或50～58原子％的多种原子百分比单位。
方法
XRD-相分析：
在来自帕纳科公司(Panalytical)的衍射仪(Empyrean)上以掠入射模式(GIXRD)采集关于相分析的X射线衍射图。使用具有线聚焦的CuKα辐射进行分析(高压40kV，电流40mA)。入射光束由2mm掩模和1/8°发散狭缝以及产生平行X射线束的X射线反射镜限定。通过索勒(Soller)狭缝(0.04°)控制侧向发散。对于衍射光束路径，使用0.18°平行板准直器与正比计数器(0D检测器)结合。测量以掠入射模式(Ω＝1°)进行。2θ范围为约28～45°，步长为0.03°且计数时间为10秒。对于XRD谱线轮廓分析，用与如上所列相同的参数进行参考测量(用LaB6粉末)以校正仪器增宽。
TEM分析
透射电子显微镜数据(选区衍射图和暗场图像)通过来自FEI公司的透射电子显微镜(FEI TITAN 80-300)获得。对于所述分析，使用300kV的高压。
当本文提及电子衍射实验时，这些是用平行照射进行的TEM测量。利用选区光阑来选择目标区域。
对于TEM样品制备，使用FIB(聚焦离子束)提取。对于最后的抛光，在5kV下将Ga离子束调节至200pA的电流。
垂直于涂层表面分析涂层的横截面。
残余应力：
为了分析涂层中的残余应力，使用来自Seifert/GE的衍射仪(PTS 3003)。施加利用多毛细管透镜(用于产生平行光束)的CuKα辐射以进行分析(高压40kV，电流40mA)。入射光束由2mm针孔限定。对于衍射光束路径，使用能量色散检测器(Meteor 0D)。根据sin2Ψ-方法进行X射线应力分析。对于应力分析，使用立方TiAlN的{111}反射，X射线弹性常数s1＝-4.910·10-7MPa-1且0.5s2＝2.780·10-6MPa-1。在sin2Ψ中应用使chi轴从-60°至60°以等距间隔倾斜的chi模式测量应力。
维氏硬度：
维氏硬度借助于纳米压痕(负荷-深度图)使用德国辛德芬根的赫尔穆特菲舍尔公司(Helmut Fischer GmbH)的Picodentor HM500测量。为了测量和计算，应用奥利弗和法尔评价算法(Oliver and Pharr evaluation algorithm)，其中将根据维氏(Vickers)的金刚石测试体压入层中，并且在测量期间记录力-路径曲线。所用的最大负荷为15mN(HV0.0015)，负荷增加和负荷减小的时间各自为20秒，并且保持时间(蠕变时间)为10秒。从该曲线计算硬度。
折减杨氏模量
借助于关于确定维氏硬度所描述的纳米压痕(负荷-深度图)确定了折减杨氏模量(折减弹性模量)。
热导率：
使用时域热反射(TDTR)方法，其具有以下特征：
1.使用激光脉冲(泵)局部加热样品。
2.根据热导率和热容量，热能从样品表面向基材传递。表面上的温度随时间而降低。
3.被反射的激光部分取决于表面温度。使用第二激光脉冲(探测脉冲)测量表面上的温度降低。
4.通过使用数学模型，可以计算热导率。参考(D.G.Cahill,科学仪器综述(Rev.Sci.Instr.)75,5119(2004))。
厚度：
层厚度通过半球帽研磨(calotte grinding)确定。由此使用直径为30mm的钢球以研磨圆顶形凹陷，并进一步测量环直径，并且由此计算层厚度。在距刀尖2000μm处对切削工具的前刀面(RF)进行层厚度的测量，并且在后刀面(FF)的中央对后刀面进行测量。
实施例
实例1(发明)：
使用S3p技术在欧瑞康巴尔查斯(Oerlikon Balzers)设备中使用HIPIMS模式，将来自组成为Ti0.40Al0.60的靶的(Ti,Al)N层沉积到WC-Co系基材上，所述基材是铣削类型的切削刀片也是平坦刀片(为了更容易地分析涂层)。
所述基材具有8重量％Co和余量WC的组成。
沉积工序以HIPIMS模式使用以下工序参数进行：
Figure BDA0003431282880000091
沉积约1μm的层厚度。
然后，将(Ti,Al,Cr,Si)N层沉积到先前沉积的(Ti,Al)N层上。使用组成Ti/Al/Cr/Si为40/35/10/15(原子％)的单一靶。
沉积工序以HIPIMS模式使用以下工序参数进行：
Figure BDA0003431282880000092
Figure BDA0003431282880000101
沉积约2.5μm的层厚度。
提供的涂覆的切削工具被称为“样品1(发明)”。
用能量色散X射线光谱(EDS)分析(Ti,Al,Cr,Si)N层中各元素的含量。结果见表1。
表1
Figure BDA0003431282880000102
实例2(参考)：
使用S3p技术在欧瑞康巴尔查斯(Oerlikon Balzers)设备中使用HIPIMS模式，将来自组成为Ti0.40Al0.60的靶的(Ti,Al)N层沉积到WC-Co系基材上，所述基材是铣削类型的切削刀片也是平坦刀片(为了更容易地分析涂层)。
所述基材具有8重量％Co和余量WC的组成。
沉积工序以HIPIMS模式使用以下工序参数进行
Figure BDA0003431282880000111
沉积约3μm的层厚度。
提供的涂覆的切削工具被称为“样品2(参考)”。
实例3(参考)：
将来自组成为Ti0.33Al0.67的靶的(Ti,Al)N层沉积到WC-Co系基材上，所述基材是铣削类型的切削刀片也是平坦刀片(为了更容易地分析涂层)。
所述基材具有8重量％Co和余量WC的组成。
在来自制造商欧瑞康巴尔查斯(Oerlikon-Balzers)的Innova PVD设备中进行沉积。工序参数为：
Figure BDA0003431282880000112
Figure BDA0003431282880000121
沉积约3μm的层厚度。
提供的涂覆的切削工具被称为“样品3(参考)”。
实例4(参考)：
根据US 2015/023978 A1的(Ti,Al,Cr,Si)N涂层通过从Ti0.50Al0.50靶、Al0.70Cr0.30靶和Ti0.85Si0.15靶阴极电弧蒸发而沉积，所述靶是(大约)Ti0.50Al0.50N、Al0.70Cr0.30N和Ti0.85Si0.15N的纳米多层。
所述涂层由交替的多层A-B制成，其中层A本身是子层Al0.70Cr0.30N和Ti0.85Si0.15N的纳米多层，每个子层约7nm。A的厚度是约56nm。
层B是厚度为约50nm的Ti0.50Al0.50N层。
将层序列A-B重复20次。
涂层的总厚度为约2μm。
(Ti,Al,Cr,Si)N涂层的平均组成是大约Ti0.45Al0.40Cr0.10Si0.05N。
将涂层沉积到WC-Co系基材上，所述基材是铣削类型的切削刀片也是平坦刀片(为了更容易地分析涂层)。基材具有8重量％Co和余量WC的组成。在来自制造商欧瑞康巴尔查斯(Oerlikon-Balzers)的Innova PVD设备中进行沉积。
层A：2x Ti0.85Si0.15N和2x Al0.70Cr0.30N(沉积室中各有两个靶)，工序条件：
Figure BDA0003431282880000131
层B：2x Ti0.50Al0.50N(沉积室中有两个靶)，工序条件：
Figure BDA0003431282880000132
磁体配置：
Ti0.85Si0.15： Mag6，0.5A
Ti0.50Al0.50： Mag6，2A
Al0.70Cr0.30： Mag14，0.5A
[A-B]总共重复20次。
所提供的涂覆的切削工具被称为“样品4(参考)”。
实例5(分析)：
对样品1(发明)进行电子衍射(TEM)分析。图1显示获得的电子衍射图案。
图2显示在样品1(发明)的电子衍射图中沿线A-B的径向强度分布曲线。
图3显示样品1(发明)的电子衍射图的平均径向强度分布曲线。
图3a显示图3的对应于立方(2 0 0)反射的标记部分的放大图像。
可以看出，(2 0 0)反射的平均强度分布公开了三个优选的极大值。这意味着立方相具有多于一个优选的d间距，这对应于样品1(发明)的(Ti,Al,Cr,Si)N存在多于一个优选的晶胞长度。
对样品1、2和4进一步进行XRDθ-2θ分析。
图4显示样品1(发明)的X射线θ-2θ衍射图，在2θ范围40～45度内显示立方(2 0 0)峰。
图5显示样品2(参考)、即HIPIMS沉积的(Ti,Al)N层的X射线θ-2θ衍射图，在2θ范围40～45度内显示立方(2 0 0)峰。
图6显示样品4(参考)、即电弧沉积的(Ti,Al,Cr,Si)N层的X射线θ-2θ衍射图，在2θ范围40～45度内显示立方(2 0 0)峰。
看出，样品1(发明)的峰是非常不对称的，表明对于(2 0 0)反射存在多于一个优选的d间距。另一方面，样品2和样品4的峰非常对称。
还测量了样品1(发明)的残余应力，显示-5.1±0.3GPa的值，即压缩的。
在涂覆的工具的后刀面上进行硬度测量(负荷15mN)以确定维氏硬度和折减杨氏模量(EIT)。表2显示结果。为了表征涂层的韧性(杨氏模量)，进行500mN负荷下的维氏压痕并制备横截面。
表2
涂层 硬度HV[维氏] EIT[GPa]
样品1(发明) 3500 350
最后，对于样品1(发明)的(Ti,Al,Cr,Si)N层，测定的热导率为2.4W/mK。
实例6(高温稳定性)：
将存在于样品1(发明)的涂层中的根据本发明的HIPIMS沉积的(Ti,Al,Cr,Si)N层的高温稳定性与样品3(参考)、即HIPIMS沉积(也是S3p技术)的(Ti,Al)N涂层进行比较。根据实例1中的方法沉积(Ti,Al,Cr,Si)N涂层。然而，在所述涂层中，没有沉积内部(Ti,Al)N层。
为了分析高温稳定性，将涂覆的刀片置于炉管中并进行退火程序。在一小时期间使温度升高至最高温度，然后在该温度下保持一小时。在炉管内，存在约2巴的氩气压力。在热处理之后，没有主动冷却。用于实验的设备来自制造商纳博热公司(Nabertherm)。
通过纳米压痕进行硬度测量，并且测定马氏硬度(以GPa计)。沉积后原样的(Ti,Al)N涂层具有18.7GPa的硬度，而沉积后原样的(Ti,Al,Cr,Si)N涂层具有16.4GPa的硬度。通过在1000℃下退火一小时改变了该情形。(Ti,Al)N涂层的硬度减小到16.2GPa的值，而(Ti,Al,Cr,Si)N涂层的硬度略微增加至17.5GPa的值。因此，(Ti,Al)N涂层在1000℃下劣化，而(Ti,Al,Cr,Si)N则不劣化。
(Ti,Al,Cr,Si)N涂层的高温稳定性也可以在XRD分析中看到。在900℃、1000℃和1100℃下退火之后，对沉积后原样状态的(Ti,Al)N涂层和(Ti,Al,Cr,Si)N涂层两者进行XRD测量(θ-2θ分析)。图7显示(Ti,Al)N涂层的衍射图，并且图8显示(Ti,Al,Cr,Si)N的衍射图。不同涂层的衍射图之间存在明显的差异。例如，在900℃和1000℃下，看到TiAlN的(2 00)峰分裂(参见图7)。通过添加Cr和Si，分解转变到更高的温度，即1100℃(参见图8)。此外，(Ti,Al)N涂层在1100℃下得到六方AlN(1 0 0)峰，而根据本发明的(Ti,Al,Cr,Si)N则没有。
实例7：
样品1(发明)和样品3(参考)的切削测试：
在铣削测试中测试样品1(发明)和参考，并且测量局部后刀面磨损。切削条件总结在表3中。
切削条件：
表3
齿进给量f<sub>z</sub>[mm/齿] 0.1
切削速度v<sub>c</sub>[m/分钟] 120
切削宽度a<sub>e</sub>[mm] 0.5(0.1×工具直径)
切削深度a<sub>p</sub>[mm] 0.5
工件材料 ISO-H；1.2379(62HRC)
停止标准 VBmax≥0.2mm
在该测试中，在后刀面侧上在切削刃处观察到磨损最大值。测试各涂层的两个切削刃，并且各切削长度的平均值示于表4中。
表4
Figure BDA0003431282880000161
结论是样品3(参考)的性能比样品1(发明)差得多。
样品4(参考)的切削测试：
在单独的测试轮次中测试样品4(参考)，其具有与上述测试样品1和样品3相同的切削测试参数，包括相同的工件材料。在76m的切削长度之后，由于如VBmax为0.25mm所见的严重磨损，测试已经必须停止。
结论是样品4(参考)的性能比在以上相同测试中测试的样品1(发明)差得多。

Claims (12)

1.一种涂覆的切削工具，包含具有涂层的基材，所述涂层包含TixAlyCrzSivN层，其中x是0.30～0.50，y是0.25～0.45，z是0.05～0.15，并且v是0.10～0.20，x+y+z+v＝1，所述TixAlyCrzSivN层包含立方相，所述立方相对于立方晶胞具有在
Figure FDA0003431282870000011
至
Figure FDA0003431282870000012
范围内的晶胞长度分布、并且在
Figure FDA0003431282870000013
至
Figure FDA0003431282870000014
的晶胞长度范围内在电子衍射图案的平均径向强度分布中包含多于一个强度极大值。
2.根据权利要求1所述的涂覆的切削工具，其中所述立方相在晶胞长度范围
Figure FDA0003431282870000015
至
Figure FDA0003431282870000016
内在电子衍射图案的强度分布中包含二至四个强度极大值。
3.根据权利要求1或2所述的涂覆的切削工具，其中所述立方相在晶胞长度范围
Figure FDA0003431282870000017
至
Figure FDA0003431282870000018
内在电子衍射图案的强度分布中包含三个强度极大值，所述极大值分别位于
Figure FDA0003431282870000019
和
Figure FDA00034312828700000110
范围内。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的涂覆的切削工具，其中所述TixAlyCrzSivN层具有3300HV至3700HV的硬度。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的涂覆的切削工具，其中所述TixAlyCrzSivN层具有≥320GPa的折减杨氏模量。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的涂覆的切削工具，其中所述TixAlyCrzSivN层具有-3GPa至-6GPa的残余应力。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的涂覆的切削工具，其中所述TixAlyCrzSivN层具有小于3W/mK的热导率。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的涂覆的切削工具，其中所述TixAlyCrzSivN层的厚度为0.5μm至6μm。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的涂覆的切削工具，其中在所述基材和所述TixAlyCrzSivN层之间存在至少一个金属氮化物层。
10.根据权利要求9所述的涂覆的切削工具，其中在所述基材和所述TixAlyCrzSivN层之间存在(Ti,Al)N层。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的涂覆的切削工具，其中所述基材选自硬质合金、金属陶瓷、cBN、陶瓷、PCD和HSS。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的涂覆的切削工具，其中所述TixAlyCrzSivN层是HIPIMS(高功率脉冲磁控溅射)沉积层。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2298954A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-23 Sandvik Intellectual Property Ab A PVD method for depositing a coating onto a body and coated bodies made thereof
CN102817032A (zh) * 2011-06-10 2012-12-12 现代自动车株式会社 模具基础材料的涂层结构
US20140287214A1 (en) * 2013-03-19 2014-09-25 Hyundai Motor Company Coating material for aluminum die casting mold and method for manufacturing the same
CN104662195A (zh) * 2012-09-28 2015-05-27 瓦尔特公开股份有限公司 具有TiAlCrSiN PVD涂层的工具
CN105308508A (zh) * 2013-06-12 2016-02-03 Asml荷兰有限公司 确定与临界尺寸相关的性质的方法、检查装置和器件制造方法
CN105312600A (zh) * 2014-07-29 2016-02-10 山特维克知识产权股份有限公司 一种涂层切削工具和一种制造涂层切削工具的方法
WO2016184954A1 (en) * 2015-05-21 2016-11-24 Walter Ag Tool with multi-layer arc pvd coating
CN108103465A (zh) * 2017-12-20 2018-06-01 富耐克超硬材料股份有限公司 加工不锈钢专用涂层刀具及其制备方法
EP3434809A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-30 Tungaloy Corporation Coated cutting tool

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3118223B8 (en) 2008-01-04 2020-04-15 Baxalta Incorporated Anti mif antibodies for use in treating inflammatory diseases

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2298954A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-23 Sandvik Intellectual Property Ab A PVD method for depositing a coating onto a body and coated bodies made thereof
CN102817032A (zh) * 2011-06-10 2012-12-12 现代自动车株式会社 模具基础材料的涂层结构
CN104662195A (zh) * 2012-09-28 2015-05-27 瓦尔特公开股份有限公司 具有TiAlCrSiN PVD涂层的工具
US20140287214A1 (en) * 2013-03-19 2014-09-25 Hyundai Motor Company Coating material for aluminum die casting mold and method for manufacturing the same
CN105308508A (zh) * 2013-06-12 2016-02-03 Asml荷兰有限公司 确定与临界尺寸相关的性质的方法、检查装置和器件制造方法
CN105312600A (zh) * 2014-07-29 2016-02-10 山特维克知识产权股份有限公司 一种涂层切削工具和一种制造涂层切削工具的方法
WO2016184954A1 (en) * 2015-05-21 2016-11-24 Walter Ag Tool with multi-layer arc pvd coating
EP3434809A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-30 Tungaloy Corporation Coated cutting tool
CN108103465A (zh) * 2017-12-20 2018-06-01 富耐克超硬材料股份有限公司 加工不锈钢专用涂层刀具及其制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOBZIN, K: "Nanocomposite (Ti,Al,Cr,Si)N HPPMS coatings for high performance cutting tools", 《SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY》, vol. 378 *
K. BOBZIN: "Advantages of nanocomposite coatings deposited by high power pulse magnetron sputtering technology", JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY, vol. 2 *
MIN SU KANG;TIE-GANG WANG;JUNG HO SHIN;ROMAN NOWAK;KWANG HO KIM;: "Synthesis and properties of Cr-Al-Si-N films deposited by hybrid coating system with high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) and DC pulse sputtering", TRANSACTIONS OF NONFERROUS METALS SOCIETY OF CHINA, no. 3 *
唐鑫: "高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）制备氮化钛（TiN）薄膜的应力释放及其结合稳定性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
郭岩;李巍;刘立营;李太江;王彩侠;: "TiAlN和TiCrAlSiCN硬质薄膜微观结构与摩擦学性能研究", 真空科学与技术学报, no. 09 *

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