CN114686883A - 一种具有梯度多层涂层的切削工具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有梯度多层涂层的切削工具及其制备方法，包括基底和涂覆于基底的涂层，所述涂层包括CrN打底层和依次层叠在打底层上的CrON梯度层、AlCrON层、AlON层、Al2O3层；所述CrON梯度层的氧含量逐渐增加，且所述CrON梯度层中的最大O/N原子百分比接近或等于AlCrON层和AlON层中的O/N原子百分比。本发明的目的在于解决涂层刀具中Al2O3与氮化物涂层结合力较差的问题。

Description

一种具有梯度多层涂层的切削工具及其制备方法
技术领域
本发明属于刀具制备领域，尤其涉及一种具有梯度多层涂层的切削工具及其制备方法。
背景技术
随着现代高性能材料制备技术的飞速发展，各种难加工材料的使用数量日益增多。难加工材料具有热传导率较低的特点，切削时产生热量很难扩散，致使刀具刃尖温度很高，切削刃受热影响非常明显，导致刀具材料高温下粘结强度下降，加速刀具磨损。此外，难加工材料与刀具材料的某些成分在切削高温条件下将产生化学反应，出现成分析出、脱落或生成其他化合物，也将加速刀具磨损。因而对切削工具的切削性能提出了更高要求，在切削工具表面涂覆硬质耐磨涂层是提升其使用寿命和加工效率的有效方法。
切削工具的涂层通常采用化学气相沉积(CVD)法和物理气相沉积(PVD)法制备，CVD方法可制备较厚的氧化物涂层，因而适用于高速、干式切削。但CVD法需要在高温(大于800℃)下制备，涂层拉应力大，而且制备成本高。PVD方法具有沉积温度更低，可制备的涂层种类更多，涂层为压应力的优点。但PVD制备涂层结合力适中，制备涂层较薄。两种方法都有各自的优缺点。可根据实际需求选用对应的涂层制备方法，或者两者组合制备涂层。
氧化物涂层，尤其是刚玉结构的Al2O3，具有抗高温、抗氧化、耐磨损、机械强度高、高温切削的条件下化学性质稳定的优点，被广泛用于金属切削工具涂层中。在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，任何材料都难以与Al2O3相媲美。但其物理、化学性质与基体的物理、化学性质相差甚远，因而不能直接将单一Al2O3沉积在基体上。将Al2O3与氮化物涂层结合形成多层涂层是提升涂层性能的有效方法，但Al2O3与氮化物涂层直接结合还存在结合力差的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决涂层刀具中Al2O3与氮化物涂层结合力较差的问题。
本申请方案提供一种具有梯度多层涂层的切削工具，包括：包括基底和涂覆于基底的涂层，所述涂层包括CrN打底层和依次层叠在CrN打底层上的CrON梯度层、AlCrON层、AlON层、Al2O3层；所述CrON梯度层的氧含量逐渐增加，且CrON梯度层中的最大O/N原子百分比等于AlCrON层和AlON层中O/N原子百分比。
进一步地，根据权利要求1所述的切削工具，其特征在于，所述AlCrON层中Al/Cr原子百分比取值范围0.4-2.4，所述Al2O3层为(006)晶面方向择优生长的密排六方刚玉结构Al2O3，织构系数TC(006)≥2.0，织构系数的定义如下：
Figure BDA0003585514020000021
式中：
I(hkl)为通过X射线衍射而测量到的(hkl)晶面的反射强度；
I0为根据PDF卡号461212的衍射反射的标准强度；
n为计算中所用的反射晶面的数目；
所用的(hkl)反射晶面有(012)、(104)、(110)、(006)、(113)、(116)、(018)(214)、(300)。
进一步地，所述CrON梯度层的O/N原子百分比值范围为1-9，并包含若干不同氧含量的CrON子梯度层，每层所述CrON子梯度层的厚度为0.1-1μm，总厚度为0.1-10μm。
进一步地，所述涂层总厚度为1-20μm，所述CrN层、AlCrON层、AlON层和Al2O3层厚度分别为0.1-5μm、0.1-10μm、0.1-5μm和0.1-5μm。
进一步地，所述基底为以下材料中的一种：硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼烧结体、金刚石烧结体以及高速钢。
还提供一种制备上述技术方案中任一种切削工具的方法，包括：所述CrN层、CrON梯度层、AlCrON层和AlON层采用PVD方法制备，所述Al2O3层采用CVD方法制备。
进一步地，所述物理气相沉积(PVD)方法包括电弧离子镀、高功率脉冲磁控溅射和射频磁控溅射技术。
本申请的改进带来如下优点：
(1)氧氮化物涂层，建立在氮化物的基础上，将一定比例的氧原子取代氮原子，因而同时具有氮化物和氧化物涂层的特性。本申请实施例一种具有梯度多层涂层的切削工具，通过改变氧氮化物中氧原子与氮原子的比值，建立一个梯度氧氮化物涂层(即CrON梯度层)。该CrON梯度层的氧含量由CrN打底层至AlCrON层逐渐增加，在CrON梯度层靠近CrN打底层的一端，其氧含量较低，物理和化学性质与CrN打底层较为接近，结合强度高；在CrON梯度层靠近AlCrON层的一端，其氧含量较高，物理和化学性质与AlCrON层较为接近，结合强度也高。因此，该梯度氧氮化物涂层可显著提高氧化物和氮化物涂层之间的结合强度。在Al2O3与氮化物涂层间涂覆氧氮化物梯度涂层可解决Al2O3与氮化物结合强度差的问题。
(2)通过设置CrON梯度层，其中氧含量沿着基体到涂层的垂直方向不断增加，提高涂层之间的结合强度。同时设置具有与CrON梯度层最高氧含量接近或相同氧含量的AlCrON层和AlON层，以进一步提高与最外层氧化铝的结合强度。CrON、AlCrON和AlON化学结构相似，化学元素种类及含量越接近，其物理、化学性质越接近，对应热膨胀系数越接近，即热应力越接近，从而结合力越好。最终涂层的氮化物与氧化铝的结合力转化为氮化物与不同氧氮化物的结合力以及氧含量较高的氮氧化物与氧化物的结合力，以达到提高刀具切削性能的目的。
(3)作为改进，本申请最外层采用CVD法制备α-Al2O3，通过调控α-Al2O3涂层晶体(006)晶面的定向生长，可实现氧化铝晶体最硬晶面直接接触被加工材料，增强涂层耐磨性。由于氧化铝密排面平行于切屑方向，可更好的吸收切削加工中产生的能量，提高刀具稳定性和寿命。通过调控α-Al2O3涂层晶粒定向生长，还能调控涂层的膨胀系数，使得基体与涂层热膨胀系数差异更小，涂层内的拉应力也能得到有效控制，从而提高涂层的结合力及抗高温氧化能力，解决镍基合金、铁基合金、钴基合金、钛合金和耐热不锈钢等材料加工时使刀具发生严重氧化磨损和粘结磨损的问题。
(4)作为改进，AlCrON涂层中，当Al/Cr原子百分比取值小于0.4时，Al含量较低使得AlCrON涂层抗高温氧化性能较差。而当Al/Cr原子百分比取值大于2.4时，Al含量过高，AlCrON涂层中的面心立方结构的fcc-AlN将转变为密排六方结构的hcp-AlN相，使涂层硬度下降造成耐磨性降低。因此，为使AlCrON涂层同时具有高的耐磨性和抗高温氧化性，本申请设置AlCrON层中Al/Cr原子百分比取值范围在0.4至2.4之间。
附图说明
图1为本申请实施例一种具有梯度多层涂层的切削工具的涂层结构示意图；
其中，基底1，涂层2，CrN打底层21，CrON梯度层22，AlCrON层23，AlON层24，Al2O3层25。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本申请实施例一种具有梯度多层涂层的切削工具，如图1所示，包括基底和涂覆于基底的涂层，涂层包括CrN打底层和依次层叠在打底层上的CrON梯度层、AlCrON层、AlON层、Al2O3层；CrON梯度层的氧含量逐渐增加，且CrON梯度层中的最大O/N原子百分比接近或等于AlCrON层和AlON层中的O/N原子百分比。
通过设置CrON梯度层，其中氧含量沿着基体到涂层的垂直方向不断增加，提高涂层之间的结合强度。同时设置具有与CrON梯度层最高氧含量接近或相同氧含量的AlCrON层和AlON层，以进一步提高与最外层氧化铝的结合强度。这里所述的接近，应当以能够提高涂层间的结合强度为准。最终涂层的氮化物与氧化铝的结合力转化为氮化物与不同氧氮化物的结合力以及氧含量较高的氮氧化物与氧化物的结合力，以达到提高刀具切削性能的目的。
作为其中一个具体示例，例如CrON梯度层中O/N原子百分比值最大值为9，即对应CrO0.9N0.1，此时AlCrON层和AlON层即为AlCrO0.9N0.1层和AlO0.9N0.1层。又如CrON梯度层中O/N原子百分比值最大值为4，即对应CrO0.8N0.2，此时AlCrON层和AlON层即为AlCrO0.8N0.2层和AlO0.8N0.2层。再如CrON梯度层中O/N原子百分比值最大值为3，即对应CrO0.75N0.25，此时AlCrON层和AlON层即为AlCrO0.75N0.25层和AlO0.75N0.25层。
其中，基底为以下材料中的一种：硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼烧结体、金刚石烧结体以及高速钢。涂层总厚度为1-20μm，CrN层、AlCrON层、AlON层和Al2O3层厚度分别为0.1-5μm、0.1-10μm、0.1-5μm和0.1-5μm。优选的，涂层总厚度为5-15μm，CrN层、AlCrON层、AlON层和Al2O3层厚度分别为0.5-3μm、0.3-7μm、0.5-6μm和0.3-4μm。
作为一个实施例，AlCrON层中Al/Cr原子百分比取值范围0.4-2.4，最外层Al2O3层为(006)晶面方向择优生长的密排六方刚玉结构Al2O3，织构系数TC(006)≥2.0，优选织构系数TC(006)≥4.0，织构系数的定义如下：
Figure BDA0003585514020000051
式中：
I(hkl)为通过X射线衍射而测量到的(hkl)晶面的反射强度；
I0为根据PDF卡号461212的衍射反射的标准强度；
n为计算中所用的反射晶面的数目；
所用的(hkl)反射晶面有(012)、(104)、(110)、(006)、(113)、(116)、(018)(214)、(300)。
AlCrON涂层中，当Al/Cr原子百分比取值小于0.4时，Al含量较低使得AlCrON涂层抗高温氧化性能较差。而当Al/Cr原子百分比取值大于2.4时，Al含量过高，AlCrON涂层中的面心立方结构的fcc-AlN将转变为密排六方结构的hcp-AlN相，使涂层硬度下降造成耐磨性降低。因此，为使AlCrON涂层同时具有高的耐磨性和抗高温氧化性，本申请设置AlCrON层中Al/Cr原子百分比取值范围在0.4至2.4之间，优选在1-1.5之间。
作为一个实施例，CrON梯度层的O/N原子百分比值范围为1-9，优选为3-6，并包含若干不同氧含量的CrON子梯度层，每层CrON子梯度层的厚度为0.1-1μm，总厚度为0.1-10μm，优选0.5-5μm。
本申请实施例一种制备切削刀具的方法，包括：CrN层、CrON梯度层、AlCrON层和AlON层采用PVD方法制备，Al2O3层采用CVD方法制备。物理气相沉积(PVD)方法包括电弧离子镀、高功率脉冲磁控溅射和射频磁控溅射技术。
制备涂层的原料主要有纯Al靶，纯Cr靶，不同AlCr含量的AlCr合金靶，反应气体O2、N2和Ar。
作为其中一个具体示例，包括以下步骤：
S10：所述切削工具基体(即基底的本体)预处理
采用喷砂处理对所述切削工具基体表面进行除油、清除氧化物及粉尘、增强基体与涂层之间的结合力。
S20：清洗
将预处理后的所述切削工具基体进行超声波清洗并干燥；
S30：装夹
将清洗干燥后的所述切削工具基体装入PVD涂层设备；
S40：使用PVD法进行涂层制备
S50：涂层后处理
将冷却至室温的所述切削工具再进行喷砂处理，使涂层表面更加光滑。
作为另一个具体示例，包括以下步骤：
S100：所述切削工具基体预处理
采用喷砂处理对所述切削工具基体表面进行除油、清除氧化物及粉尘、增强基体与涂层之间的结合力
S200：清洗
将预处理后的所述切削工具基体进行超声波清洗并干燥；
S300：装夹1
将清洗干燥后的所述切削工具基体装入PVD涂层设备；
S400：使用PVD法涂覆CrN层、CrON梯度层、AlCrON层和AlON层S500：装夹2
将PVD法涂层后的切削工具装入CVD涂层设备；
S600：使用CVD法进行涂层制备
S700：涂层后处理
将冷却至室温的所述切削工具再进行喷砂处理，使涂层表面更加光滑。
实施例一
切削工具包含基底和涂覆在基底的涂层。切削工具的基底采用澳克泰工具有限公司ONHU 050408-WC型号的硬质合金基底。切削工具制备包含以下步骤：S100：所述切削工具基体预处理
采用喷砂处理对所述切削工具基体表面进行除油、清除氧化物及粉尘、增强基体与涂层之间的结合力
S200：清洗
将预处理后的所述切削工具基体进行超声波清洗并干燥；
S300：装夹1
将清洗干燥后的所述切削工具基体装入PVD涂层设备；
S400：使用PVD法涂覆CrN层、CrON梯度层、AlCrON层和AlON层
S500：装夹2
将PVD法涂层后的切削工具装入CVD涂层设备；
S600：使用CVD法进行涂层制备
涂层结构：在硬质合金基底上涂覆1μm CrN打底层，打底层顶部附着2μm CrON梯度层，其中O/N原子百分比值沿着基底到涂层的方向不断增加，比值范围为0.2-9，即最大氧含量对应CrO0.9N0.1，CrO0.9N0.1附着0.5μm AlCr O0.9N0.1层，AlCrO0.9N0.1层顶部附着0.5μmAlO0.9N0.1层，所述涂层还包含最外层，最外层为1μmAl2O3，织构系数TC(006)＝6.0。通过调控α-Al2O3涂层晶体(006)晶面的定向生长，可实现氧化铝晶体最硬晶面直接接触被加工材料，增强涂层耐磨性；由于氧化铝密排面平行于切屑方向，可更好的吸收切削加工中产生的能量，提高刀具稳定性和寿命；通过调控α-Al2O3涂层晶粒定向生长，还能调控涂层的膨胀系数，使得基体与涂层热膨胀系数差异更小，涂层内的拉应力也能得到有效控制，从而提高涂层的结合力及抗高温氧化能力。
S700：涂层后处理
将冷却至室温的所述切削工具再进行喷砂处理，使涂层表面更加光滑。
对照实施例一
切削工具包含基底和涂覆在基底的涂层。切削工具的基底采用ONHU050408-WC型号的硬质合金基底。切削工具制备包含以下步骤：
S100：采用喷砂处理对所述切削工具基体表面进行除油、清除氧化物及粉尘、增强基体与涂层之间的结合力；
S200：将预处理后的所述切削工具基体进行超声波清洗并干燥；
S300：将清洗干燥后的所述切削工具基体装入PVD涂层设备；
S400:使用PVD法涂覆CrN层、CrON梯度层、AlCrON层和AlON层；
S500：将PVD法涂层后的切削工具装入CVD涂层设备；
S600：采用CVD法在PVD法涂覆的切削工具上涂覆Al2O3层；
涂层结构：在硬质合金基底上涂覆1μm CrN打底层，打底层顶部附着2μm CrON梯度层，其中O/N原子百分比值沿着基底到涂层的方向不断增加，比值范围为0.2-9，即最大氧含量对应CrO0.9N0.1，CrO0.9N0.1附着0.5μmAlCr O0.9N0.1层，AlCrO0.9N0.1层顶部附着0.5μmAlO0.9N0.1层，所述涂层还包含最外层，最外层为1μmα-Al2O3，织构系数TC(006)＝1.0，即(006)晶面无取向；
S700：将涂覆好的切削工具冷却至室温，进行喷砂处理。
对照实施例二
切削工具包含基底和涂覆在基底的涂层。切削工具的基底采用ONHU050408-WC型号的硬质合金基底。切削工具制备包含以下步骤：
S100：采用喷砂处理对所述切削工具基体表面进行除油、清除氧化物及粉尘、增强基体与涂层之间的结合力；
S200：将预处理后的所述切削工具基体进行超声波清洗并干燥；
S300：将清洗干燥后的所述切削工具基体装入PVD涂层设备；
S400：使用物理气相沉积法(PVD)进行涂层制备；
涂层结构：在硬质合金基底上涂覆1μmCrN打底层，打底层顶部附着4μmAlCrN层；
S500：将涂覆好的切削工具冷却至室温，进行喷砂处理。
在涂层性能方面，以下通过耐热不锈钢0Cr23Ni13铣削，对实施例一的刀片和对照实施例一涂层刀片进行切削实验对比。
操作：面铣削
工件：方块件
材料：耐热不锈钢0Cr23Ni13
切削速度：200m/min
每齿进给：0.2mm/z
切削深度：1mm
切削宽度：80mm
干式切削
切削2.2分钟，8.8分钟，15.4分钟，25.2分钟和35.8分钟后的磨损量VB(单位mm)测量结果于下表1中：
表1切削2.2分钟，8.8分钟，15.4分钟，25.2分钟和35.8分钟后的磨损量
2.2min 8.8min 15.4min 25.2min 35.8
实施例一 0.05 0.06 0.09 0.10 0.34
对照实施例一 0.05 0.09 0.18 0.28 --
对照实施例二 0.9 0.21 0.32 -- --
表1的检测结果显示，在进行干式切削时，相同切削条件、切削时间下，实施例一和对照实施例一制备的涂层刀片的磨损量显著低于对照实施例二的涂层刀片，而且随着切削时间的增加，这种现象愈加明显。这表明本申请的方案通过设置梯度氧氮化物涂层以及AlCrON层和AlON层，并进一步调整这三个涂层中的氧含量，使涂层的氮化物与氧化铝的结合力转化为氮化物与不同氧氮化物的结合力以及氧含量较高的氮氧化物与氧化物的结合力，进而达到了在干式切削时，提高刀具切削性能的目的，增强了刀具的耐磨性能，极大地延长了刀具的使用寿命。
再者，由实施例一与对照实施例一的比对可以看出，实施例一的磨损量要低于对照实施例一的磨损量，且随着切削时间的增加，对照实施例一相比于实施例一的磨损量的比值越来越大。而实施例一与对照实施例一的涂层结构基本相同，区别在于实施例一的Al2O3层的织构系数TC(006)＝6.0，而对照实施例一的Al2O3层的织构系数TC(006)＝1.0，说明通过调控Al2O3层的织构系数TC(006)，可以在进行干式切削时，进一步增强刀具的耐磨性能，延长刀具的使用寿命。
实施例二
切削工具包含基底和涂覆在基底的涂层。切削工具的基底采用澳克泰工具有限公司CNMG 120408-MC3型号的硬质合金基底。切削工具制备包含以下步骤：
S100：所述切削工具基体预处理
采用喷砂处理对所述切削工具基体表面进行除油、清除氧化物及粉尘、增强基体与涂层之间的结合力；
S200：清洗
将预处理后的所述切削工具基体进行超声波清洗并干燥；
S300：装夹1
将清洗干燥后的所述切削工具基体装入PVD涂层设备；
S400：使用PVD法涂覆CrN层、CrON梯度层、AlCrON层和AlON层；
S500：装夹2
将PVD法涂层后的切削工具装入CVD涂层设备；
S600：使用CVD法进行涂层制备；
涂层结构：在硬质合金基底上涂覆1μm CrN打底层，打底层顶部附着2μm CrON梯度层，其中O/N原子百分比值沿着基底到涂层的方向不断增加，比值范围为0.2-4，即最大氧含量对应CrO0.8N0.2，CrO0.8N0.2附着0.5μm AlCrO0.8N0.2层，AlCrO0.8N0.2层顶部附着0.5μmAlO0.8N0.2层，所述涂层还包含最外层，最外层为1μm的α-Al2O3，其织构系数TC(006)＝3.0。
S700：涂层后处理
将冷却至室温的所述切削工具再进行喷砂处理，使涂层表面更加光滑。
对照实施例三
切削工具包含基底和涂覆在基底的涂层。切削工具的基底采用澳克泰工具有限公司CNMG 120408-MC3型号的硬质合金基底。切削工具制备包含以下步骤：
S100：所述切削工具基体预处理
采用喷砂处理对所述切削工具基体表面进行除油、清除氧化物及粉尘、增强基体与涂层之间的结合力；
S200：清洗
将预处理后的所述切削工具基体进行超声波清洗并干燥；
S300：装夹
将清洗干燥后的所述切削工具基体装入PVD涂层设备；
S400：使用物理气相沉积法(PVD)进行涂层制备；
涂层结构：在硬质合金基底上涂覆1μm CrN打底层，打底层顶部附着4μm AlCrN层；
S500：涂层后处理
将冷却至室温的所述切削工具再进行喷砂处理，使涂层表面更加光滑。
在涂层性能方面，以下通过耐热不锈钢0Cr23Ni13车削，对实施例二的刀片和对照实施例三涂层刀片进行切削实验对比。
操作：车削
工件：带凹槽圆柱件
材料：耐热不锈钢0Cr23Ni13
切削速度：140m/min
每齿进给：0.2mm/z
切削深度：1.5mm
湿式切削
切削2.2分钟，6.2分钟，10.4分钟和15.2分钟后的磨损量VB(单位mm)测量结果于下表2中：
表2切削2.2分钟，6.2分钟，10.4分钟和15.8分钟后的磨损量
2.2min 6.2min 10.4min 15.2min
实施例二 0.09 0.13 0.22 0.32
对照实施例三 0.10 0.21 0.36 --
表2的检测结果显示，在进行湿式切削时，相同切削条件、切削时间下，实施例二制备的刀片的磨损量显著低于作为对照实施例三的涂层刀片，而且随着切削时间的增加，这种现象愈加明显，表明本申请的方案通过设置梯度氧氮化物涂层以及AlCrON层和AlON层，并进一步调整这三个涂层中的氧含量，并使得使其Al2O3层的织构系数TC(006)＝3.0，进而在湿式切削时，也能达到提高刀具切削性能的目的，增强刀具的抗耐磨性能，极大地延长了刀具的使用寿命。
表3为实施例一、对照实施例一、对照实施例二和实施例二的力学性能比较。
表3力学性能比较
涂层 硬度(GPa) 结合强度(N) 850℃氧化1h增重(mg)
实施例一 31 83 3
对照实施例一 29 69 6
对照实施例二 27 71 10
实施例二 30 81 4
由表3的检测数据可以看出，实施例一和实施例二无论在硬度、结合强度抑或是氧化增重方面均优于对照实施例一和对照实施例二。这表明通过设置梯度氧氮化物涂层以及AlCrON层和AlON层，并进一步调整这三个涂层中的氧含量，以及控制Al2O3层的织构系数TC(006)，可以大大提高涂层的硬度、涂层间的结合强度，增强刀具的高温抗氧化性能。
由表3还可以看出，与实施例一和二具有类似涂层结构的对照实施例一又优于对照实施例二。这表明通过设置梯度氧氮化物涂层以及AlCrON层和AlON层，并进一步调整这三个涂层中的氧含量，也可以提高涂层的硬度、涂层间的结合强度，增强刀具的高温抗氧化性能。
由表3还可以看出，实施例一相比于实施例二，硬度、结合强度以及氧化增重方面均有所提高。而实施例一与实施例二的区别仅在于实施例一的Al2O3层的织构系数TC(006)＝6.0，而实施例二的Al2O3层的织构系数TC(006)＝3.0，两者均大于2.0且实施例一的织构系数大于实施例二的织构系数。这表明通过调控Al2O3层的织构系数TC(006)，可以使得涂层在硬度、结合强度以及氧化增重方面均能有所提高。且作为对比，对照实施例一Al2O3层的织构系数TC(006)＝1.0，其相比于实施例一和实施例二，无论硬度、结合强度还是氧化增重方面均有一定差距。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种具有梯度多层涂层的切削工具，其特征在于：包括基底和涂覆于基底的涂层，所述涂层包括CrN打底层和依次层叠在CrN打底层上的CrON梯度层、AlCrON层、AlON层、Al2O3层；所述CrON梯度层的氧含量逐渐增加，且所述CrON梯度层中的最大O/N原子百分比接近或等于AlCrON层和AlON层中的O/N原子百分比。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其特征在于，所述AlCrON层中Al/Cr原子百分比取值范围为0.4-2.4；所述Al2O3层为(006)晶面方向择优生长的密排六方刚玉结构Al2O3，其织构系数TC(006)≥2.0，织构系数的定义如下：
Figure FDA0003585514010000011
式中：
I(hkl)为通过X射线衍射而测量到的(hkl)晶面的反射强度；
I0为根据PDF卡号461212的衍射反射的标准强度；
n为计算中所用的反射晶面的数目；
所用的(hkl)反射晶面有(012)、(104)、(110)、(006)、(113)、(116)、(018)(214)、(300)。
3.根据权利要求1所述的切削工具，其特征在于，所述CrON梯度层的O/N原子百分比值范围为1-9，并包含若干不同氧含量的CrON子梯度层，每层所述CrON子梯度层的厚度为0.1-1μm，总厚度为0.1-10μm。
4.根据权利要求1所述的切削工具，其特征在于，所述涂层总厚度为1-20μm，所述CrN层、AlCrON层、AlON层和Al2O3层厚度分别为0.1-5μm、0.1-10μm、0.1-5μm和0.1-5μm。
5.根据权利要求1所述的切削工具，其特征在于，所述基底为以下材料中的一种：硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼烧结体、金刚石烧结体以及高速钢。
6.制备权利要求1-5任一项所述的切削工具的方法，其特征在于，包括：所述CrN层、CrON梯度层、AlCrON层和AlON层采用PVD方法制备，所述Al2O3层采用CVD方法制备。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积(PVD)方法包括电弧离子镀、高功率脉冲磁控溅射或射频磁控溅射技术。
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