CN114502774A - 涂层切削刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涂层切削刀具(1)以及制造该涂层切削刀具的方法和该涂层切削刀具的用途。该涂层切削刀具由衬底(2)和涂层(3)组成，该涂层(3)包括物理气相沉积(PVD)沉积的TiAl基氮化物层(3a)，该氮化物层的厚度为至少1.0μm。该PVD沉积的TiAl基氮化物层包括至少一个TiAlN层(3a')。该涂层(3)还包括位于所述衬底(2)和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)之间的CVD沉积的TiN层(3b)。所述CVD沉积的TiN层(3b)与所述衬底(2)和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)两者都接触。用于制造涂层切削刀具(1)的所述方法包括在所述衬底(2)上通过CVD生长TiN层(3b)，以及在所述TiN层(3b)上通过PVD生长TiAl基氮化物层(3a)。
Description
技术领域
本公开涉及一种涂层切削刀具以及制造该涂层切削刀具的方法。
背景技术
自20世纪80年代中期以来，人们一直在努力改进切削刀具涂层的性质，例如耐磨性，从而改进切削刀具涂层的性能。当时，普遍的做法是在切削刀具上涂上氮化钛(TiN)。然而，由于其在高温下的抗氧化性相对较差，因此建议在TiN涂层中加入合金铝(Al)，并且在20世纪80年代中期实施并取得了良好的效果。
如今，基于(Ti,Al)N的涂层是金属切削应用中所使用的尤其最常见的硬质保护涂层材料之一。(Ti,Al)N的立方B1结构，作为整体层和/或层压涂层结构的一部分，结合了有吸引力的机械性能，诸如高硬度和改进的温度和抗氧化性，从而在金属加工应用中提供了良好的性能。(Ti,Al)N的技术益处及其优异的物理性能，尤其是在高温下的物理性能，部分地依据旋节分解过程解释，在此过程中，立方(Ti,Al)N同构分解成相干的立方c-AlN富集域和立方c-TiN富集域。相干的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老化硬化，在此期间，(Ti,Al)N薄层的硬度已显示增加了15％和20％之间。在进一步老化时，c-AlN转变为热力学稳定的六方纤锌矿B4结构h-AlN，从而产生包含c-TiN和h-AlN的双相结构，其机械性能降低。
今天，工业界不断寻求经济且高生产率/馈通制造的解决方案。为了满足这些需求，需要具有先进性能的新材料来提高刀具在操作过程中的使用寿命。
发明内容
本公开的目的是提供一种改进的涂层切削刀具。
该目的通过如权利要求1所限定的装置和如权利要求12所述的方法来实现。
本公开提供一种由衬底和涂层组成的涂层切削刀具。所述涂层包括：物理气相沉积(PVD)沉积的钛铝(Ti,Al)基氮化物层，所述氮化物层的厚度为至少1.0μm，其中所述PVD沉积的TiAl基氮化物层包括至少一个氮化钛铝(TiAlN)层；以及化学气相沉积(CVD)沉积的氮化钛(TiN)层，所述氮化钛层位于所述衬底和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层之间，其中所述CVD沉积的TiN层与所述衬底和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层两者都接触。换言之，提供了一种涂层切削刀具，该涂层切削刀具在衬底和PVD沉积的TiAl基氮化物层之间具有CVD沉积的TiN层。测试已经表明，与仅具有TiAl基氮化物层作为衬底上的涂层的现有技术解决方案相比，在衬底和PVD沉积的TiAl基氮化物层之间具有CVD沉积的TiN层的涂层切削刀具的平均刀具寿命增加。CVD沉积的TiN层提高了PVD沉积的TiAl基氮化物层与衬底的粘附性，并且从而防止或抑制了PVD沉积的TiAl基氮化物层的磨损或破损、脱落或剥落。
根据一些方面，CVD沉积的TiN层的厚度在0.1μm和1.7μm之间，并且优选在0.1μm和1.0μm之间，并且甚至更优选在0.1μm和0.7μm之间。较厚的层可能会增加热破裂的风险。较薄的层会引入CVD层无法覆盖衬底的整个预期表面的风险。
根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层的厚度在1μm和12μm之间，并且优选在2μm和10μm之间。TiAl基氮化物层用于硬化切削刀具的表面。在上述范围内的厚度提供了在使用中优选的硬表面。其它厚度当然也可以提高表面的硬度，但使用大量材料会影响切削刀具的成本。
根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层是(Ti1-xAlx)Ny层，其中0.1<x<0.8并且0.6<y<1.1。TiAlN层在本领域中已知用于为切削刀具提供良好的表面。
根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层是具有(Ti1-xAlx)Ny层和(Ti(1-l)Sil)Nm层的交替层的叠层，其中0.1<x<0.8、0.7<y<1.1、0.05<l<0.2并且0.7<m<1.1。具有交替的TiAlN层和TiSiN层的层已显示出为切削刀具提供改进的切削表面。所述交替层也通过在其与衬底之间的CVD沉积的TiN层而得到改进。
根据一些方面，(Ti(1-l)Sil)Nm层的厚度在1nm和100nm之间并且优选在5nm和50nm之间。
根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层是具有(Ti1-xAlx)Ny层和(Ti(1-r-s)AlrCrs)Nt层的交替层的叠层，其中0.1<x<0.8、0.7<y<1.1、0.5<r<0.75、0.05<s<0.2并且0.7<t<1.1。具有交替的TiAlN层和TiAlCrN层的层已显示出为切削刀具提供改进的切削表面。所述交替层也通过在其与衬底之间的CVD沉积的TiN层而得到改进。
根据一些方面，(Ti(1-r-s)AlrCrs)Nt层的厚度在1nm和100nm之间并且优选在5nm和50nm之间。
根据一些方面，(Ti1-xAlx)Ny层的厚度在1nm和100nm之间并且优选在5nm和50nm之间。
根据一些方面，PVD沉积的TiAl基氮化物层的一个TiAlN层被布置成与CVD沉积的TiN层接触。在PVD沉积的TiAl基氮化物层是具有交替层的叠层的情况下，TiAl基氮化物层的与CVD沉积的TiN层接触的部分由TiAlN制成可以是有益的。
根据一些方面，衬底选自包括以下材料的组：硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、高速钢、多晶金刚石和多晶立方氮化硼或上述的任意组合。已知此类衬底是用于涂层切削刀具的良好工作的衬底。
本公开提供了一种通过应用CVD技术和PVD技术，优选阴极电弧蒸发来制造根据上述任何方面的涂层切削刀具的方法，该方法包括通过CVD来在衬底上生长TiN层以及通过PVD来在TiN层上生成TiAl基氮化物层。该方法提供了制造上述涂层切削刀具的可靠方式。
根据一些方面，TiAl基氮化物层(3a)是TiAlN层，并且通过PVD来在TiN层上生长TiAlN层包括：使用来自复合材料或合金TiAl阴极的阴极电弧蒸发；施加在50A和200A之间的蒸发电流；使用总气压在1.0Pa和8.0Pa之间的、包含N2的反应性气体气氛；施加在20V和300V之间的负衬底偏压；以及施加在200℃和800℃之间、优选在300℃和600℃之间的沉积温度。
根据一些方面，使用CVD，优选使用中温CVD生长TiN层。
根据一些方面，在至少825℃的温度下生长TiN层。
根据一些方面，在825℃和950℃之间的温度下生长TiN层。
根据一些方面，在825℃和900℃之间的温度下生长TiN层。
本公开提供了根据上述任一方面的涂层切削刀具的用途，用于在50m/分钟至400m/分钟、优选75m/分钟至300m/分钟的切削速度下，以0.01mm至0.5mm、优选0.01mm至0.4mm的平均每齿走刀量(在铣削的情况下)进行加工，其中每齿走刀量取决于切削速度和刀片几何形状。
附图说明
现在将通过对本发明不同方面的描述并且参考附图更详细地解释本发明。
图1示出了涂层切削刀具的层的示例。
图2示出了涂层切削刀具的层的另一个示例，其中一层包括层叠的交替层。
图3示出了衬底上的示例涂层的SEM图像。
图4示出了制造涂层切削刀具的示例方法的框图。
具体实施方式
下文将参照附图更全面地描述本公开的方面。然而，本文公开的装置和方法可以以许多不同的形式实现并且不应被解释为限于本文阐述的方面。附图中相似的数字自始至终指代相似的元件。
本文使用的术语仅用于描述本公开的特定方面的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。
除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)与本公开所属的领域的普通技术人员通常理解的含义相同。
如本文所用，术语“切削刀具”旨在表示适合用于通过诸如车削、铣削或钻孔等的切屑去除进行切削的切削刀具。切削刀具的示例是可转位切削刀片、整体钻头或立铣刀。
如本文所指的术语“衬底”应理解为在上面沉积有涂层的主体。切削刀具的共同点是，这种衬底，例如切削刀具刀片，可以是实心主体，或包含背衬主体的主体，在该背衬主体上放置有附加材料，该附加材料要么放置在前刀面上的切削刃上，即所谓的带刀尖主体，要么使附加材料覆盖整个前刀面，即所谓的全刀面主体。带刀尖或全刀面解决方案经常用于基于多晶金刚石或多晶立方氮化硼材料的切削技术。
应当注意，当使用术语“厚度”来讨论层的厚度时，所指的是所讨论层的平均厚度。下面讨论的层可以在其所布置的表面上具有变化的厚度，因此，术语“厚度”在这里是指该层在表面上的“平均厚度”。
图1示出了涂层切削刀具的层的示例。本发明提供一种由衬底2和涂层3组成的涂层切削刀具1。涂层3包含物理气相沉积(PVD)沉积的钛铝(Ti,Al)基氮化物层3a或由该层3a组成，该层3a具有至少1.0μm的厚度。PVD沉积的TiAl基氮化物层包含至少一个氮化钛铝(TiAlN)层3a'。
PVD沉积的TiAl基氮化物层3a的厚度可以例如在1μm和12μm之间，并且优选在2μm和10μm之间。极限数字1和12以及2和10都包含在该范围内。TiAl基氮化物层用于硬化表面并且限制切削刀具的磨损。上述定义范围内的厚度提供了坚硬且耐磨的表面，这改进了刀具的使用。其它厚度当然也可以影响表面的硬度，但使用更高的厚度可能会导致脆性。
PVD沉积的TiAl基氮化物层3a例如可以是(Ti1-xAlx)Ny层3a'，其中0.1<x<0.8，优选0.4<x<0.7，并且0.6<y<1.1。这里的x给出了Al与Al+Ti之间的比，而y给出了N与金属的比。TiAlN层在本领域中已知用于为切削刀具提供改进的表面。
图2示出了涂层切削刀具1的层的示例，其中PVD沉积的TiAl基氮化物层3a包含层叠的交替层或由该层叠的交替层组成。PVD沉积的TiAl基氮化物层3a因此可以是由如下的交替的A层和B层组成的叠层结构：A/B/A/B/A/B/…。层A例如可以是(Ti1-xAlx)Ny层3a'，而B层可以是例如(Ti(1-l)Sil)Nm层3a”或(Ti(1-r-s)AlrCrs)Nt层3a”'。
因此，PVD沉积的TiAl基氮化物层3a可以是具有(Ti1-xAlx)Ny层3a'和(Ti(1-l)Sil)Nm层3a”的交替层的叠层，其中0.1<x<0.7，并且优选0.4<x<0.7，0.7<y<1.1，0.05<l<0.2并且0.7<m<1.1。具有交替的TiAlN层和TiSiN层的层已显示出为切削刀具提供改进的切削表面。交替层也通过在其与衬底之间的CVD沉积的TiN层而得到改进。(Ti(1-l)Sil)Nm层3a”的厚度可以在1nm和100nm之间，并且优选在5nm和50nm之间，其中极限数字1、100、5和50包含在该范围内。
可替选方案是B层可以包括(Ti(1-k-l)AlkSil)Nm层3a”，其中0.2<k<0.7、0.05<l<0.3并且0.7<m<1.1。厚度与(Ti(1-l)Sil)Nm层3a”相同。
PVD沉积的TiAl基氮化物层3a可以是具有(Ti1-xAlx)Ny层3a'和(Ti(1-r-s)AlrCrs)Nt层3a”'的交替层的叠层，其中0.1<x<0.7、0.7<y<1.1、0.5<r<0.75、0.05<s<0.2并且0.7<t<1.1。这里的Cr是铬。具有TiAlN和TiAlCrN交替层的层已显示出为切削刀具提供改进的切削表面。交替层也通过在其与衬底之间的CVD沉积的TiN层而得到改进。(Ti(1-r-s)AlrCrs)Nt层3a”'的厚度可以在1nm和100nm之间，并且优选在5nm和50nm之间，其中极限数字1、100、5和50包括在该范围内。
对于叠层，(Ti1-xAlx)Ny层3a'的厚度可以在1nm和100nm之间，并且优选在5nm和50nm之间，其中极限数字1、100、5和50包括在该范围内。
对于上述的叠层，层的总厚度例如在1μm和12μm之间，并且优选在2μm和10μm之间。
PVD沉积的TiAl基氮化物层3a的一个TiAlN层3a'可以被布置成与CVD沉积的TiN层3b接触。在PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)是具有交替层的叠层的情况下，TiAl基氮化物层的与CVD沉积的TiN层接触的部分由TiAlN制成可以是有益的。
上述叠层的可替代方案可以是：TiAlN层首先沉积在CVD沉积的TiN层上，然后任何上述叠层可以沉积在TiAlN层上。例如，厚度在0.5μm和1μm之间的TiAlN层首先沉积在CVD沉积的TiN层上，然后根据上述的由TiAlN/TiSiN构成的多层沉积在TiAlN层上，其中该多层TiAlN/TiSiN的厚度在2μm和10μm之间。
涂层3还包括位于衬底2和PVD沉积的TiAl基氮化物层3a之间的化学气相沉积(CVD)沉积的氮化钛(TiN)层(3b)。换言之，CVD沉积的TiN层直接布置在衬底的顶部上，而PVD沉积的TiAl基氮化物层3a直接布置在CVD沉积的TiN层的顶部上。
如图1和图2中可见，CVD沉积的TiN层3b与衬底2和PVD沉积的TiAl基氮化物层3a两者都接触。换言之，提供了一种涂层切削刀具，其中在衬底和PVD沉积的TiAl基氮化物层之间存在CVD沉积的TiN层。
测试已经表明，与仅具有TiAl基氮化物层作为衬底上的涂层的现有技术解决方案相比，在衬底和PVD沉积的TiAl基氮化物层之间具有CVD沉积的TiN层的涂层切削刀具的平均刀具寿命增加。CVD沉积的TiN层提高了PVD沉积的TiAl基氮化物层与衬底的粘附性，从而防止或抑制了PVD沉积的TiAl基氮化物层的磨损或破损、脱落或剥落。与例如由具有不同性质的碳化钨WC和钴Co表面组成的硬质的金属衬底异质表面相比，CVD层提供更均匀的表面覆盖，并且填充衬底表面上的裂缝和空穴，以使PVD涂层在上面成核。
应该注意，涂层包括本文限定的PVD沉积的TiAl基氮化物层3a和CVD沉积的TiN层3b或由所述层3a和层3b组成。
还应注意，CVD沉积的TiN层3b可以包括不可避免的碳(C)和/或氧(O)和/或钴(Co)的痕量或污染物。C和/或O和/或Co可以例如作为例如源自下面的衬底或其它来源的污染物存在。换言之，在TiN层中可能存在总浓度为0至5at％的少量的C和/或O和/或Co。
PVD沉积的TiAl基氮化物层3a可以包括不可避免的碳(C)和/或氧(O)的痕量或污染物。C和/或O可以例如作为例如源自下面的涂层材料或其它来源的污染物存在。换言之，在TiAl基氮化物层3a中可以存在总浓度为0至2at％的少量C和/或O。
PVD沉积的TiAl基氮化物层3a可以进一步包含一种或多种另外的金属元素Me，其含量很少，不会显著改变层的性质。例如，由PVD沉积工艺中使用的靶材中的杂质引起。例如，涂层中Ti+Al+Si+Me之和的1at％以下，或0.5at％以下，或0.3at％以下，或0.1at％以下。金属元素Me是例如Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、Fe和W中的一种或多种。
图3示出了衬底2上的示例涂层3的SEM图像。
CVD沉积的TiN层3b的厚度可以在0.1μm和1.7μm之间，并且优选在0.1μm和1.0μm之间，并且甚至更优选在0.1μm和0.7μm之间，其中数字0.1、1.7、1.0和0.7包括在该范围内。较厚的层可能会增加热破裂的风险。较薄的层会引入CVD层无法覆盖衬底的整个预期表面的风险。
衬底2可以选自包括以下材料或由以下材料组成的组：硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、高速钢、多晶金刚石(PCD)和多晶立方氮化硼(PCBN)或上述的任意组合。已知此类衬底是用于涂层切削刀具的良好工作的衬底。优选地是，衬底包含硬质合金，优选由4wt％至14wt％的Co，可选地是还有0.3wt％至10wt％的来自周期表中的IVb族、Vb族和Vlb族的金属(优选Ti、Nb、Ta或上述的组合的)的立方碳化物、氮化物或碳氮化物以及平衡量的WC组成的硬质合金。
衬底可以由硬质合金组成，该硬质合金包含从衬底表面起厚度为5μm至30μm，优选10μm至25μm的富含粘结相的表面区域。富含粘结相的表面区域的Co含量为衬底的核心部中的Co含量的至少1.5倍大，而富含粘结相的表面区域的立方碳化物的含量为衬底的核心部中的立方碳化物含量的0.5倍以下。优选地是，硬质合金衬底的富含粘结相的表面区域基本上不含立方碳化物。提供富含粘结相的表面区域增强了衬底的韧性，因此可以拓宽涂层切削刀具的应用范围。
根据一些方面，衬底可以包含硬质合金，该硬质合金由以下组成：4wt％至14wt％的Co，为钴含量的3.5％至9％的含量的Cr和平衡量的WC。
图4示出了制造涂层切削刀具的示例方法的框图。用于制造如上所述的涂层切削刀具1的方法包括应用CVD技术和PVD技术，优选阴极电弧蒸发。该方法包括通过CVD在衬底2上生长S2 TiN层3b，以及通过PVD在TiN层3b上生长S3 TiAl基氮化物层3a。该方法提供了制造上述涂层切削刀具的可靠方式。通过CVD在衬底2上生长S2TiN层3b以及通过PVD在TiN层3b上生长S3 TiAl基氮化物层3a包括分别在衬底2和TiN层上直接生长。
在生长S2 TiN层3b之前或在生长S3 TiAl基氮化物层3a之前，可以根据标准PVD工艺程序让切削刀具受到清洁S1，例如通过清洗。
对于PVD层，使用阴极电弧蒸发的可替代方案是例如使用溅射涂覆。对于CVD层，使用常规CVD的可替代方案是例如使用原子层沉积ALD。
TiAl基氮化物层(3a)可以是TiAlN层，于是通过PVD在TiN层3b上生长TiAlN层可以包括：使用来自复合材料或合金(Ti,Al)阴极的阴极电弧蒸发；施加50A和200A之间的蒸发电流；使用总气压在1.0Pa和8.0Pa之间的、包含N2的反应性气体气氛；施加在20V和300V之间的负衬底偏压；并且施加在200℃和800℃之间，并且优选在300℃和600℃之间的沉积温度。反应性气体气氛可以包括纯N2，或混合的N2和氩(Ar)气。
在PVD沉积的TiAl基氮化物层3a是包含(Ti1-xAlx)Ny层3a'和(Ti(1-r-s)AlrCrs)Nt层的叠层的情况下，通过PVD生长S3 TiAl基氮化物层3a可以包括通过如下方式生长TiAlN层和TiAlCrN层，即：使用来自复合材料或分别来自合金(Ti,Al)和(Ti,Al,Cr)阴极的阴极电弧蒸发；施加50A和200A之间的蒸发电流A；使用总气压在1.0Pa和8.0Pa之间、在1.0Pa和5.0Pa之间、更优选在2.0Pa和5.0Pa之间、最优选在3.0Pa和5.0Pa之间的、包含纯N2或混合N2和例如Ar气的反应性气体气氛；施加在20V和300V之间、优选在20V和150V之间、最优选在20V和100V之间的负衬底偏压；并且施加在200℃和800℃之间、优选300℃和600℃的沉积温度。叠层结构可以在沉积期间通过1倍、2倍或3倍衬底旋转来生产。
在PVD沉积的TiAl基氮化物层3a是(Ti1-xAlx)Ny层3a'和(Ti(1-l)Sil)Nm层3a”叠层的情况下，通过PVD生长S3 TiAl基氮化物层3a可以包括通过如下方式生长TiAlN层和TiSiN层，即：使用来自复合材料或分别来自合金(Ti,Al)和(Ti,Si)阴极的阴极电弧蒸发；施加50A和200A之间的蒸发电流；使用总气压在1.0Pa和8.0Pa之间、在1.0Pa和5.0Pa之间、更优选在2.0Pa和5.0Pa之间、最优选在3.0Pa和5.0Pa之间的、包含纯N2或混合N2和例如Ar气的反应性气体气氛；施加在20V和300V之间、优选在20V和150V之间、最优选在20V和100V之间的负衬底偏压；并且施加在200℃和800℃之间、优选300℃和600℃的沉积温度。叠层结构可以在沉积期间通过1倍、2倍或3倍衬底旋转来生产。
TiN层可以使用CVD、优选使用中温CVD生长。
在生长TiN层时的压力例如在60mbar和700mbar之间。
例如，在生长TiN层时的温度为至少825℃。根据一些方面，TiN层在825℃和950℃之间的温度下生长，优选在825℃和900℃之间的温度下生长。
例如，反应性气体浓度在以下范围内：
-40vol％至80vol％，优选65vol％至75vol％的H2，
-20vol％至80vol％，优选22vol％至33vol％的N2，
-0vol％至5vol％，优选1vol％至2vol％的HCl，
-0.6vol％至2.8vol％，优选1.3vol％至2.3vol％的TiCl4，
使用N2气体的可替代方案是使用氨气NH3。
作为生长的TiN层的示例，制作了以下样品。利用众所周知的中温CVD(即MTCVD)技术，在860℃下使用TiCl4、N2、HCl和H2，给衬底涂覆上大约0.4μm的薄TiN层。TiN沉积的细节显示在表1中。
表1：TiN的MTCVD
本公开提供了如上文任何地方所限定的涂层切削刀具1的用途，用于在50m/分钟至400m/分钟、优选75m/分钟至300m/分钟的切削速度下，在铣削的情况下以0.01mm至0.5mm、优选0.01mm至0.4mm的每齿走刀量进行加工，其中每齿走刀量取决于切削速度和刀片几何形状。
与没有CVD沉积的TiN层情况下的衬底顶部上的PVD沉积的TiAl基氮化物层相比，通过将上述CVD沉积的TiN层和PVD沉积的TiAl基氮化物层组合在衬底的顶部上，在刀具寿命方面实现了改进的涂层性能。
以下是根据本公开的涂层切削刀具与现有技术涂层切削刀具进行比较的两个测试。制造了用于铣削的几何形状为XOMX120408TR-M12的硬质合金衬底，其成分为10.2wt％的Co、1.35wt％的钽(Ta)、0.15wt％的铌(Nb)和平衡量的WC。所述硬质合金衬底用于以下两个测试。在测试中，将具有包含涂覆有用PVD沉积的TiAlN涂覆的CVD沉积的TiN层的衬底的涂层切削刀具的样品1和3的平均刀具寿命与具有包含涂覆有PVD沉积的TiAlN的衬底的涂层切削刀具的样品2和4的平均刀具寿命进行比较。CVD沉积的TiN层是根据表1的规格和相关教科书制造的。
用于样品1-4的PVD沉积的TiAlN层是通过如下方式制造的，即：使用从粉末冶金生产的直径为100mm的Ti0.45Al0.55阴极的阴极电弧蒸发；施加150A的蒸发电流；使用总气压为4.5Pa的、包含N2的反应性气体气氛；施加30V的负衬底偏压；以及施加500℃的沉积温度。反应性气体气氛是纯N2。TiAlN层沉积到6μm的层厚度。
测试1
干式铣削(无冷却液)
刀具几何形状：XOMX120408TR-M12
切刀的直径D＝63mm
切削宽度Ae＝50mm
每齿走刀量Fz＝0.2mm/齿
切削深度Ap＝3mm
切削速度Vc＝250m/分钟
每个样品评估的刀刃数：2
工件材料：42CrMo4；正火状态
当后刀面磨损达到最大值0.4mm时终止测试。
表2：测试1的结果
| 样品 | 涂层 | 平均刀具寿命(分钟) |
| 1 | CVD TiN+PVD TiAlN | 36.7 |
| 2 | PVD TiAlN | 22.5 |
从表2中可以看出，当在衬底和PVD沉积的TiAlN之间使用CVD沉积的TiN层时，干式铣削应用中的平均刀具寿命显著增加。对于在衬底和PVD沉积的TiAlN层之间具有CVD沉积的TiN层的涂层，平均刀具寿命增加了63％。
测试2
湿式铣削(使用冷却液)
刀具几何形状：XOMX120408TR-M12
切刀的直径D＝63mm
切削宽度Ae＝50mm
每齿走刀量Fz＝0.2mm/齿
切削深度Ap＝3mm
切削速度Vc＝250m/分钟
每个样品评估的刀刃数：2
工件材料：42CrMo4；正火状态
当后刀面磨损达到最大值0.4mm时终止测试。
表3：测试2的结果
| 样品 | 涂层 | 平均刀具寿命(分钟) |
| 3 | CVD TiN+PVD TiAlN | 12.5 |
| 4 | PVD TiAlN | 7.5 |
从表3中可以看出，当在衬底和PVD沉积的TiAlN之间使用CVD沉积的TiN层时，湿式铣削应用中的平均刀具寿命显著增加。对于在衬底和PVD沉积的TiAlN层之间具有CVD沉积的TiN层的涂层，平均刀具寿命增加了66％。
本公开不限于所公开的方面，而是可以在所附权利要求书的范围内变化和修改。
附图标记
1.涂层切削刀具
2.衬底
3.涂层
a.PVD沉积的TiAl基氮化物层
a'.TiAlN层
a”.TiSiN层
a”'.TiAlCrN层
b.CVD沉积的TiN层
Claims (18)
1.一种涂层切削刀具(1)，由衬底(2)和涂层(3)组成，其特征在于，所述涂层(3)包括：
-物理气相沉积(PVD)沉积的钛铝(Ti,Al)基氮化物层(3a)，所述氮化物层(3a)的厚度为至少1.0μm，其中所述PVD沉积的TiAl基氮化物层包括至少一个氮化钛铝(TiAlN)层(3a')，以及
-化学气相沉积(CVD)沉积的氮化钛(TiN)层(3b)，所述氮化钛层(3b)位于所述衬底(2)和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)之间，其中所述CVD沉积的TiN层(3b)与所述衬底(2)和所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)两者都接触。
2.根据权利要求1所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述CVD沉积的TiN层(3b)的厚度在0.1μm和1.7μm之间，优选在0.1μm和1.0μm之间，并且甚至更优选在0.1μm和0.7μm之间。
3.根据权利要求1或2所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)的厚度在1μm和12μm之间，优选在2μm和10μm之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)是(Ti1-xAlx)Ny层(3a')，其中0.1＜x<0.8并且0.6<y<1.1。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)是具有(Ti1-xAlx)Ny层(3a')和(Ti(1-l)Sil)Nm层(3a”)的交替层的叠层，其中0.1<x<0.8、0.7<y<1.1、0.05<l<0.2并且0.7<m<1.1。
6.根据权利要求5所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述(Ti(1-l)Sil)Nm层(3a”)的厚度在1nm和100nm之间，优选在5nm和50nm之间。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)是具有(Ti1-xAlx)Ny层(3a')和(Ti(1-r-s)AlrCrs)Nt层(3a”')的交替层的叠层，其中0.1<x<0.8、0.7<y<1.1、0.5<r<0.75、0.05<s<0.2并且0.7<t<1.1。
8.根据权利要求7所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述(Ti(1-r-s)AlrCrs)Nt层(3a”')的厚度在1nm和100nm之间，并且优选在5nm和50nm之间。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述(Ti1-xAlx)Ny层(3a')的厚度在1nm和100nm之间，并且优选在5nm和50nm之间。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述PVD沉积的TiAl基氮化物层(3a)的一个TiAlN层(3a')被布置成与所述CVD沉积的TiN层(3b)接触。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的涂层切削刀具(1)，其中，所述衬底(2)选自包括以下材料的组：硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、高速钢、多晶金刚石和多晶立方氮化硼或上述的任意组合。
12.通过施加CVD技术和PVD技术，优选通过施加阴极电弧蒸发来制造根据权利要求1至11中的任一项所述的涂层切削刀具(1)的方法，所述方法包括：
-通过CVD在所述衬底(2)上生长(S2)TiN层(3b)，以及
-通过PVD在所述TiN层(3b)上生长(S3)TiAl基氮化物层(3a)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述Ti,l基氮化物层(3a)是TiAlN层，并且通过PVD在所述TiN层(3b)上生长所述TiAlN层包括：使用来自复合材料或合金(Ti,Al)阴极的阴极电弧蒸发；施加50A和200A之间的蒸发电流；使用总气压在1.0Pa和8.0Pa之间的、包含N2的反应性气体气氛；施加在20V和300V之间的负衬底偏压；以及施加在200℃和800℃之间、优选在300℃和600℃之间的沉积温度。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述TiN层使用CVD、优选使用中温CVD生长。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法，其中，在至少825℃的温度下生长所述TiN层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在825℃和950℃之间的温度下生长所述TiN层。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，在825℃和900℃之间的温度下生长所述TiN层。
18.根据权利要求1至11中的任一项所述的涂层切削刀具(1)的用途，用于以50m/分钟至400m/分钟，优选75m/分钟至300m/分钟的切削速度进行加工，其中在铣削的情况下，每齿平均走刀量为0.01mm至0.5mm，优选0.01mm至0.4mm，其中所述每齿走刀量取决于所述切削速度和刀片几何形状。
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