CN115305441B - 具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，包括刀具基体和设于刀具基体上的复合涂层，复合涂层包括自基体表面向外依次设置的氮化物底层、CrON过渡层和混合多层结构层，混合多层结构层为Cr2O3氧化物单层与氮化物单层交替设置的多层涂层，第一层Cr2O3氧化物单层设于CrON过渡层上，Cr2O3氧化物单层的层数≥2。本发明的复合涂层切削刀具具有优异的耐高温磨损性能、抗冲击性能和高温稳定性，还可保留优异的抗氧化性和隔热性能，也可解决现有技术由于氧化物涂层增厚导电性变差而造成工艺敏感性增加等缺陷，涂层与刀具基体之间结合强度高，适用性广。

Description

具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具
技术领域
本发明属于金属切削加工领域，具体涉及一种具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具。
背景技术
随着制造技术的全球化趋势，制造业的竞争更加激烈，这就对切削刀具的性能提出愈来愈高的要求。为满足现代机械加工对高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各国制造业对涂层技术的发展及其在刀具制造中的应用日益重视。表面涂层技术的发展与应用对改善刀具性能和推动切削加工技术进步起到了十分关键的作用，涂层刀具已成为现代刀具发展的重要方向。涂层刀具结合了表面涂层高耐磨性、低摩擦系数和基体高韧性、高强度的优点，可大幅度改善刀具的切削性能，提高机械加工效率。目前，TiAlN、CrAlN及其多元合金化涂层由于具有良好的硬度和抗氧化性能及综合使用性能，是应用较为广泛的PVD涂层材料。随着切削技术的发展及被加工材料要求，对切削刀具涂层提出了更加苛刻的要求。传统的PVD氮化物涂层一般在800～1000℃条件下就会发生明显的氧化现象，制约了PVD涂层刀具的高温服役性能的进一步提升。由于氧化物不会被氧化的独特性质，其具有优异的抗高温氧化和隔热效果，被认为是一种非常理想的刀具涂层材料，目前在CVD涂层切削刀具领域获得了广泛的应用和关注，特别是高温稳定相钢玉结构Al2O3涂层的制备越来越成为主流。但是目前CVD方法制备Al2O3涂层沉积温度高达1000℃左右，涂层为拉应力状态及表面裂纹的产生会严重降低硬质合金基体的强度。而目前的PVD涂层切削刀具领域，商业化应用的氧化物涂层产品也仍然相对较少，这是由于PVD技术沉积温度低，难以获得稳定相α-Al2O3涂层生长时所需能量，涂层时一般形成亚稳态的非晶Al2O3和立方Al2O3，这些亚稳相在超过1000℃高温下会向其稳态形式α-Al2O3转变。在实际切削过程的高温条件下，PVD制备的不稳定相结构Al2O3涂层的相变过程将造成涂层材料体积的变化，诱发裂纹、剥落的产生，也会最终引起涂层过早失效。此外，一般PVD制备获得的Al2O3涂层相对较低的硬度在一定程度上限制其应用。
早在1982年Shinzato等人发表了论文采用射频溅射技术于高达900℃条件下在硬质合金切削工具表面制备了氧化铝涂层。Knotek等人1993年的论文中也描述了使用Al2O3的PVD涂层用于磨损防护，其中Al2O3层沉积在碳氮化物层上的最表面。Bobzin K.等人“通过反应性双极脉冲磁控溅射沉积的Al2O3涂层的硬度与氧气流量的关系”研究观察到，PVD沉积的氧化铝涂层的硬度和结构与氧气流量显著相关，并且其在1GPa至25.8GPa之间变化。
美国专利文献US6210726B中公开了氧化铝涂层的切削刀具，其氧化物多晶为γ相晶体结构，并具有400或440晶体取向。
美国专利文献US5310607A中公开了PVD方法沉积的含有大于5％Cr元素的氧化铝涂层，其中当Cr元素含量大于20％的氧化铝涂层中可以发现大于20GP硬度和具有α相晶体结构，对于不添加Cr元素则呈现出无定型结构的氧化铝涂层。
中国专利文献CN111279011A中公开了一种采用磁控溅射方法沉积制备至少包含一层γ-Al2O3的方法，具有改善的涂层硬度。
中国专利文献CN100500347C中公开了一种包含Al2O3/ZrO2复合氧化物的涂层，氧化物涂层组为由无定型或结晶的Al2O3包裹四方或立方ZrO2的结构形式。
上述文献中通过PVD方法制备了氧化铝或多元复合氧化物涂层，一方面，较过去氮化物涂层提升了抗高温氧化性能，但是，另一方面，制备的氧化物涂层硬度值不高、韧性较差，特别是Al2O3层在PVD的制备条件下难以获得高温稳定的刚玉结构相，并且由于氧化物层与氮化物底层之间涂层成分及涂层晶体结构上的明显差异造成的层间结合力较差，在实际的切削应用中容易造成涂层氧化物层的剥落和过早失效，对切削刀具综合性能的改善也十分有限。
发明内容
本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种可保留优异的抗氧化性和隔热性能、同时具有优异的耐高温磨损性能、高抗冲击性能和优异的高温稳定性能、还可降低现有技术由于氧化物涂层增厚导电性变差而增加的工艺敏感性的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，包括刀具基体和设于所述刀具基体上的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括自刀具基体表面向外依次设置的氮化物底层、CrON过渡层和混合多层结构层，所述混合多层结构层为Cr2O3氧化物单层与氮化物单层交替设置的多层涂层，所述氮化物单层包括TiAlN层、TiAlXaN层、CrAlN层和CrAlXbN层中的一种，其中Xa为元素Si、B、Cr、Ta、Nb、Y、W和Zr中的一种或多种，Xb为元素Si、B、Ti、Ta、Nb、Y、W和V中的一种或多种，第一层Cr2O3氧化物单层设于所述CrON过渡层上，所述Cr2O3氧化物单层的层数≥2。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，所述Cr2O3氧化物单层由刚玉结构α相构成。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，各所述Cr2O3氧化物单层的厚度相同，各所述氮化物单层的厚度相同，且所述Cr2O3氧化物单层的厚度与所述氮化物单层的厚度循环交替呈现出周期性变化规律。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，所述Cr2O3氧化物单层的厚度与所述氮化物单层的厚度循环交替呈现出非周期性变化规律。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，自所述氮化物底层向混合多层结构层的方向，所述CrON过渡层中元素成分O与N的原子比逐渐升高。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，所述CrON过渡层由面心立方结构fcc相构成。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，所述氮化物底层为TiAlN层、TiAlSiN层、CrAlN层和CrAlSiN层中的任意一种涂层或由其中任意两种涂层交替沉积而成的多层结构涂层。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，所述氮化物底层由面心立方结构fcc相构成。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，所述Cr2O3氧化物单层的厚度为0.2μm～1.5μm，所述氮化物单层的厚度为0.2μm～1.5μm，所述CrON过渡层的厚度为0.1μm～0.5μm，所述氮化物底层的厚度为1μm～6μm。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，所述复合涂层还包括设于所述混合多层结构层上的CrN表面层。
上述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，优选的，所述复合涂层的总厚度为2μm～10μm。
本发明中，混合多层结构层中Cr2O3氧化物单层由刚玉结构α相构成，可选择Cr靶材为原料，采用脉冲偏压阴极弧涂层的沉积方法实现，混合多层结构层中的氮化物单层也采用脉冲偏压阴极弧涂层的沉积方法实现。
本发明中，CrON过渡层由面心立方结构fcc相构成，CrON过渡层成分存在梯度变化，元素成分O/N的比值由氮化物底层侧向混合多层结构层中第一个Cr2O3氧化物单层侧逐渐提高，CrON过渡层可采用脉冲偏压阴极弧涂层的沉积方法实现，在制备过程中逐渐改变混合气氛中氧气和氮气流量的比例来实现O/N原子比的变化。
本发明中，氮化物底层由面心立方结构fcc相构成，氮化物底层可采用直流偏压阴极弧涂层的沉积方法或脉冲偏压阴极弧涂层的沉积方法实现。
本发明中，可在复合涂层的最外表面增加银色的CrN层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过大量研究，开发出一种具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，该刀具具有优异的耐高温磨损性能、高抗冲击性能及良好的抗氧化性能，且改进了刀具基体与涂层间以及涂层内部层间的结合力。相对于传统氮化物涂层，本发明的氮化物叠加氧化物涂层进行协同增效，其中底层氮化物提供了良好的结合及硬度支撑，而中间的CrON过渡层减缓了氮化物层过渡到混合多层结构层中第一个氧化物单层的成分和性能突变，改善了氮化物层和混合多层结构层之间的层间结合力，同时混合多层结构层中Cr2O3氧化物单层与氮化物单层的交替形式保留了氧化物涂层的出色的抗氧化和隔热性能，混合多层结构层中氮化物单层相对于Cr2O3单层具有更高的硬度值，使得混合多层结构层具有比单一氧化物外层更高的硬度，通常情况下本发明涂层的混合多层结构层的纳米硬度可以达到30GPa以上，改善了含氧化物涂层的整体耐磨损性能。
本发明通过多层化将Cr2O3层间隔为多层结构，一方面可以有效提升涂层的抗裂扩展性能以及复合涂层的表面纳米硬度，同时，针对现有技术中由于氧化物涂层导电性差、工艺敏感而在涂层阶段容易造成工件电弧密高、影响产品涂层品质甚至触发设备运行异常中断等缺陷，在设计为多层化后，与设计为单层Cr2O3结构相比，每一个Cr2O3单层可以更薄，在保持多个Cr2O3单层厚度之和与单层Cr2O3结构厚度大体一致的情况下(可保持隔热和抗氧化效果相当)，从而进一步解决现有工艺过程中由于氧化物涂层增厚导电性变差而造成工艺敏感性增加等缺陷，进一步提高含Cr2O3层结构的复合涂层的性能。
2、目前PVD方法低温条件下制备的Al2O3涂层晶体结构不理想，一般只能获得高温稳定性较差的γ相和无定型结构，在切削高温条件下会向其稳态形式α-Al2O3转变，这个相变过程将造成涂层材料体积的变化，诱发裂纹、剥落的产生，最终对涂层实际效果产生不利影响。本发明的技术方案通过Cr靶为原料采用现有的常规脉冲偏压阴极弧涂层方法，实现了Cr2O3层的制备并且呈现出刚玉结构Al2O3相同的α相结构，保持了优异的高温稳定性能和隔热效果，为实际的切削加工提供更好的防护。
3、本发明通过优化氮化物底层、CrON过渡层、混合多层结构层中Cr2O3单层和氮化物单层的厚度以及总涂层厚度，有利于优化和提升复合涂层的性能。
4、本发明可选择在复合涂层切削刀具外表面增加银色的CrN层，该CrN表面层对涂层实际的磨损防护改善有限，主要起到外观装饰及磨损识别作用。
综上，本发明的复合涂层通过对涂层结构和组分的设计，克服了传统PVD硬质涂层抗氧化、隔热效果不佳、耐磨损性能不好、容易发生早期破损失效的缺陷，为刀具产品在整个切削磨损过程提供稳定可靠的保护。本发明的涂层刀具实现了热稳定性、抗高温氧化性、耐磨性协同提升，特别适用于硬质合金可转位刀片，同时也适用于金属陶瓷、非金属陶瓷等其他切削刀具材料。
附图说明
图1为本发明具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具的结构示意图。
图2为本发明的复合涂层切削刀具中混合多层结构层各层厚度呈周期性变化规律的结构示意图。
图3为本发明的复合涂层切削刀具中混合多层结构层各层厚度呈非周期性变化规律的结构示意图。
1、刀具基体；2、氮化物底层；3、CrON过渡层；4、混合多层结构层；5、Cr2O3氧化物单层；6、氮化物单层。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
本发明提供了一种具有耐高温磨损性能、高抗冲击性能及良好抗氧化性能的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，本发明改进了氧化物层与氮化物层之间的层间结合力，从而能够有效避免在实际的切削应用中涂层氧化物层的剥落和过早失效，采用划痕法测量本发明制备的复合涂层在硬质合金基体上的结合力达到80N～120N。本发明的复合涂层包括直接涂覆在刀具基体1表面的氮化物底层2，氮化物底层2为TiAlN层或TiAlSiN层或CrAlN层或CrAlSiN层或其中两者交替沉积的多层结构层，在氮化物底层2上采用物理气相沉积工艺沉积CrON过渡层3，再在CrON过渡层3上采用物理气相沉积工艺依次沉积Cr2O3氧化物单层5、氮化物单层6循环交替的混合多层结构层4，该混合多层结构层4中靠近CrON过渡层3侧沉积的第一层为Cr2O3氧化物单层5，共沉积2层或更多层的Cr2O3氧化物单层5，最终形成本发明的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具。本发明的涂层结构如图1所示，由刀具基体1表面向外依次为氮化物底层2、CrON过渡层3、混合多层结构层4，混合多层结构层4的层状结构如图2或图3所示，可以为Cr2O3氧化物单层5的厚度与氮化物单层6的厚度循环交替呈现出周期性变化规律，或者Cr2O3氧化物单层5的厚度与氮化物单层6的厚度循环交替呈现出非周期性变化规律。以下实施例中，实施例1和2属于图2所示的情况，实施例3和4属于图3所示的情况。
下述各实施例中，本发明具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具可采用以下方法进行制备：
首先根据现有的粉末冶金方法制作硬质合金坯料，并经过后期的研磨加工制备出特定形状的刀具基体1。刀具基体1在准备涂层以前首先要经过刃口处理、表面处理和超声波清洗以达到良好的刃口和表面质量。在正式涂层之前采用氩离子对刀具表面进行轰击进一步改善涂层与基体的结合，根据各种刀具的要求使用不同成分的靶材作为涂层源，并采用阴极弧涂层方式，首先在刀具基体1表面采用直流偏压模式或脉冲偏压模式条件下沉积氮化物底层2，将氮化物底层2制备成面心立方结构fcc相，然后在氮化物底层上采用脉冲偏压模式条件下沉积一层CrON过渡层3，将CrON过渡层3制备成面心立方结构fcc相，再在CrON过渡层3上采用脉冲偏压模式在过渡层上依次沉积刚玉结构α相Cr2O3氧化物单层5、面心立方结构fcc相氮化物单层循环交替的混合多层结构层4，最终形成本发明的复合涂层切削刀具。
下述各对照刀具采用与各实施例刀具相同的制备方法制备得到，即在沉积涂层前，对刀具基体1做相同的预处理，然后也采用物理气相沉积法(PVD)沉积涂层。
实施例1
一种本发明的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，如图1所示，包括刀具基体1和设于刀具基体1上的复合涂层，复合涂层包括自刀具基体1表面向外依次设置的氮化物底层2、CrON过渡层3和混合多层结构层4，混合多层结构层4为Cr2O3氧化物单层5(简称Cr2O3层)与氮化物单层6交替循环设置的多周期涂层，其中第一层Cr2O3氧化物单层5设于CrON过渡层3上，氮化物单层6为Ti0.40Al0.60N层，Cr2O3氧化物单层5的层数为2，混合多层结构层4为周期性结构，由CrON过渡层3侧开始往外依次为0.4μm的Cr2O3层、0.5μm的Ti0.40Al0.60N层、0.4μm的Cr2O3层、0.5μm的Ti0.40Al0.60N层。
本实施例中，Cr2O3氧化物单层5由刚玉结构α相构成。
本实施例中，CrON过渡层3由面心立方结构fcc相构成，自氮化物底层2向混合多层结构层4的方向，CrON过渡层3中元素成分O与N的原子比逐渐升高。
本实施例中，氮化物底层2由面心立方结构fcc相构成，氮化物底层2为Ti0.40Al0.60N底层。
本实施例中，CrON过渡层3的厚度为0.2μm，Ti0.40Al0.60N底层的厚度约2.5μm。
本实施例中，复合涂层的总厚度为4.5μm。
本实施例中，刀具基体1为WNM060408型硬质合金车削刀片，涂层采用上述方法制备获得。
对照刀具为与实施例1具有相同形状和相同基体组分的硬质合金车削刀片，涂层为常规物理气相沉积方法制备的AlTiN涂层。
将上述两种对比刀具按照如下切削加工条件进行某型号涡轮壳内孔加工对比试验：
加工材料为耐热铸钢GX40CrNiSi25-20；
加工方式为内孔车削；
切削数度Vc＝85m/min；
切削深度ap＝2mm；
每转进给量f＝0.2mm/r；
冷却方式：水性冷却液；
产品寿命标准为刀具后刀面损量Vb超过0.2mm。
本实施例刀具加工25件工件后，刀具正常后刀面磨损失效；对照刀具加工15件工件后刀具剧烈磨损失效。该条件下本实施例刀具寿命相比较对照刀具提高67％。
实施例2
一种本发明的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，如图1所示，包括刀具基体1和设于刀具基体1上的复合涂层，复合涂层包括自刀具基体1表面向外依次设置的氮化物底层2、CrON过渡层3、混合多层结构层4和CrN表面层，混合多层结构层4为Cr2O3氧化物单层5(简称Cr2O3层)与氮化物单层6交替循环设置的多周期涂层，其中第一层Cr2O3氧化物单层5设于CrON过渡层3上，氮化物单层6为Ti0.5Al0.5N层，混合多层结构层4呈周期性结构，由CrON过渡层3开始往外依次为0.3μm的Cr2O3层、0.4μm的Ti0.5Al0.5N层、0.3μm的Cr2O3层、0.4μm的Ti0.5Al0.5N层、0.3μm的Cr2O3层和0.4μm的Ti0.5Al0.5N层。
本实施例中，Cr2O3氧化物单层5由刚玉结构α相构成。
本实施例中，CrON过渡层3由面心立方结构fcc相构成，自氮化物底层2向混合多层结构层4的方向，CrON过渡层3中元素成分O与N的原子比逐渐升高。
本实施例中，氮化物底层2由面心立方结构fcc相构成，氮化物底层2为Ti0.5Al0.5N底层。
本实施例中，CrON过渡层3的厚度为0.2μm，Ti0.5Al0.5N底层的厚度约1.5μm，CrN表面层(图中省略示出)的厚度为0.2μm。
本实施例中，复合涂层的总厚度为4μm。
本实施例中，刀具基体1为CNMG120408型硬质合金车削刀片，涂层采用上述方法制备获得。
对照刀具1为与实施例2具有相同形状和相同基体组分的硬质合金车削刀片，涂层为常规物理气相沉积方法制备的AlCrN涂层。
对照刀具2为与实施例2具有相同形状和相同基体组分的硬质合金车削刀片，涂层为常规物理气相沉积方法制备的TiAlN/AlCrN多层结构涂层。
将上述三种对比刀具按照如下切削加工条件进行对比试验：
加工材料为GH738；
加工方式为外圆车削；
切削速度Vc＝60m/min；
切削深度ap＝1.0mm；
每齿进给量fz＝0.06mm/z；
冷却方式：乳化液冷却；
产品寿命标准为刀具后刀面损量Vb超过0.3mm或刀具崩缺失效。
本实施例刀具加工20分钟后，磨损量达到0.4mm，正常磨损失效；对照刀具1加工15分钟后刀具剧烈磨损失效；对照刀具2加工15分钟后，刃口崩缺失效。该条件下本实施例刀具寿命相比较对照刀具1和对照刀具2提高约33％。
实施例3
一种本发明的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，如图1所示，包括刀具基体1和设于刀具基体1上的复合涂层，复合涂层包括自刀具基体1表面向外依次设置的氮化物底层2、CrON过渡层3和混合多层结构层4，混合多层结构层4为Cr2O3氧化物单层5(简称Cr2O3层)与氮化物单层6交替设置的多层涂层，其中第一层Cr2O3氧化物单层5设于CrON过渡层3上，氮化物单层6为Al0.7Cr0.3N层，混合多层结构层4的各层厚度呈非周期性变化规律，由CrON过渡层3侧开始往外依次为0.8μm的Cr2O3层、0.3μm的Al0.7Cr0.3N层、0.3μm的Cr2O3层、0.3μm的Al0.7Cr0.3N层和0.5μm的Cr2O3层。
本实施例中，Cr2O3氧化物单层5由刚玉结构α相构成。
本实施例中，CrON过渡层3由面心立方结构fcc相构成，自氮化物底层2向混合多层结构层4的方向，CrON过渡层3中元素成分O/N的原子比逐渐升高。
本实施例中，氮化物底层2由面心立方结构fcc相构成，氮化物底层2为Al0.7Cr0.3N底层。
本实施例中，CrON过渡层3的厚度为0.2μm，Al0.7Cr0.3N底层的厚度约1μm。
本实施例中，复合涂层的总厚度为3.4μm。
本实施例中，刀具基体1为APMT1135PDR型硬质合金铣削刀片。
对照刀具1为与实施例3具有相同形状和相同基体组分的硬质合金铣削刀片，涂层为常规物理气相沉积方法制备的TiAlN/TiAlSiN双层结构涂层。
对照刀具2为与实施例3具有相同形状和相同基体组分的硬质合金铣削刀片，涂层为常规物理气相沉积方法制备的AlCrN/AlCrSiN双层结构涂层。
将上述三种对比刀具按照如下切削加工条件进行对比试验：
加工材料为SKD61；
加工方式为平面铣削；
切削速度Vc＝120m/min；
切削深度ap＝0.2mm；
切削宽度ae＝16mm；
每齿进给量fz＝0.2mm/z；
冷却方式：压缩空气；
产品寿命标准为刀具后刀面损量Vb超过0.2mm或刀具崩缺失效。
本实施例刀具加工70分钟后，刃口崩缺失效；对照刀具1加工40分钟后，刃口崩缺失效；对照刀具2加工58分钟后，刃口崩缺失效。该条件下本实施例刀具寿命相比较对照刀具1提高75％，相比较对照刀具2提高20％。
实施例4
一种本发明的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，如图1所示，包括刀具基体1和设于刀具基体1上的复合涂层，复合涂层包括自刀具基体1表面向外依次设置的氮化物底层2、CrON过渡层3、混合多层结构层4和CrN表面层，混合多层结构层4为Cr2O3氧化物单层5(简称Cr2O3层)与氮化物单层6交替设置而成的多层涂层，其中第一层Cr2O3氧化物单层5设于CrON过渡层3上，氮化物单层6为Ti0.4Al0.5Si0.1N层，混合多层结构层4的各层厚度呈非周期性变化规律，由CrON过渡层3侧开始往外依次为0.5μm的Cr2O3层、0.3μm的Ti0.4Al0.5Si0.1N层、0.2μm的Cr2O3层、0.4μm的Ti0.4Al0.5Si0.1N层和0.2μm的Cr2O3层。
本实施例中，Cr2O3氧化物单层5由刚玉结构α相构成。
本实施例中，CrON过渡层3由面心立方结构fcc相构成，自氮化物底层2向混合多层结构层4的方向，CrON过渡层3中元素成分O/N的原子比逐渐升高。
本实施例中，氮化物底层2由面心立方结构fcc相构成，氮化物底层2为Ti0.5Al0.5N底层。
本实施例中，CrON过渡层3的厚度为0.2μm，Ti0.5Al0.5N底层的厚度约3μm，CrN表面层(图中省略示出)厚度为0.4μm。
本实施例中，复合涂层的总厚度为5.2μm。
本实施例中，刀具基体1为SEET12T3型硬质合金铣削刀片。
对照刀具为与实施例4具有相同形状和相同基体组分的硬质合金铣削刀片，涂层为常规物理气相沉积方法制备的TiAlN/TiSiN多层结构涂层。
将上述两种对比刀具按照如下切削加工条件进行对比试验：
加工材料为Nak80；
加工方式为平面铣削；
切削速度Vc＝240m/min；
切削深度ap＝1.0mm；
切削宽度ae＝30mm；
每齿进给量fz＝0.2mm/z；
冷却方式：压缩空气；
产品寿命标准为刀具后刀面损量Vb超过0.2mm或刀具崩缺失效。
本实施例刀具加工完125分钟后，刃口崩缺失效；对照刀具加工90分钟后，刃口崩缺失效。该条件下本实施例刀具寿命相比较对照刀具提高约38％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，包括刀具基体和设于所述刀具基体上的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括自刀具基体表面向外依次设置的氮化物底层、CrON过渡层和混合多层结构层，所述混合多层结构层为Cr2O3氧化物单层与氮化物单层交替设置的多层涂层，所述氮化物单层包括TiAlN层、TiAlXaN层、CrAlN层和CrAlXbN层中的一种，其中Xa为元素Si、B、Cr、Ta、Nb、Y、W和Zr中的一种或多种，Xb为元素Si、B、Ti、Ta、Nb、Y、W和V中的一种或多种，第一层Cr2O3氧化物单层设于所述CrON过渡层上，所述Cr2O3氧化物单层的层数≥2。
2.根据权利要求1所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，所述Cr2O3氧化物单层由刚玉结构α相构成。
3.根据权利要求1所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，各所述Cr2O3氧化物单层的厚度相同，各所述氮化物单层的厚度相同，且所述Cr2O3氧化物单层的厚度与所述氮化物单层的厚度循环交替呈现出周期性变化规律。
4.根据权利要求1所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，所述Cr2O3氧化物单层的厚度与所述氮化物单层的厚度循环交替呈现出非周期性变化规律。
5.根据权利要求1所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，自所述氮化物底层向混合多层结构层的方向，所述CrON过渡层中元素成分O与N的原子比逐渐升高。
6.根据权利要求5所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，所述CrON过渡层由面心立方结构fcc相构成。
7.根据权利要求1所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，所述氮化物底层为TiAlN层、TiAlSiN层、CrAlN层和CrAlSiN层中的任意一种涂层或由其中任意两种涂层交替沉积而成的多层结构涂层。
8.根据权利要求7所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，所述氮化物底层由面心立方结构fcc相构成。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，所述Cr2O3氧化物单层的厚度为0.2μm～1.5μm，所述氮化物单层的厚度为0.2μm～1.5μm，所述CrON过渡层的厚度为0.1μm～0.5μm，所述氮化物底层的厚度为1μm～6μm。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，所述复合涂层还包括设于所述混合多层结构层上的CrN表面层。
11.根据权利要求1～8中任一项所述的具有多个氧化物层结构的复合涂层切削刀具，其特征在于，所述复合涂层的总厚度为2μm～10μm。
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