CN1218427A - 带金刚石涂层的切削刀具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具及其制造方法。切削刀具(40)包括轴向前切削面(42)、凹槽(50)和槽棱面(52)。该切削刀具包括由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒组成的基体。基体上有不规则表面的第一基体区域,形成轴向前切削面(24,26,28)和槽棱面(52)。第一基体区域在其表面附近带有相对较大的硬质颗粒,其粒度大于基体内部的硬质颗粒。金刚石涂敷在第一基体区域的表面上。基体带有形成凹槽的第二基体区域。

Description

带金刚石涂层的切削刀具及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种改进的带金刚石涂层的细长形切削刀具及其制造方法。特别是涉及一种如钻头、端铣刀或铰刀等带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具以及这些切削刀具的制造方法，其中在切削刀具选定的切割表面上金刚石涂层具有改进的附着性能。
背景技术
过去已经有带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，例如钻头。在这一方面，Anthony等人的美国专利US 5,022,801号、题目为“带CVD金刚石涂层的麻花钻”中披露了一种带金刚石涂层的麻花钻，其基体上带有一些槽，槽中填有在化学气相沉积(CVD)金刚石涂层过程中所沉积上的金刚石。Anthony等人的专利中没有表明要求在钻头的大部分区域有金刚石涂层，而是只要求在切削棱上有金刚石涂层。槽起到防止磨损的作用，一旦附近的材料磨损掉了它还起到辅助切削棱的作用。
Omori等人的美国专利US 5,370,944号、题目为“带金刚石涂层的硬质材料及其制造过程”在它的实施例4中披露了制造麻花钻的不同处理方法，其中基体在金刚石涂敷之前先进行了热处理。在一种处理方法中，金刚石涂敷之前，基体先在1350℃和100乇的压力下、在氮气气氛中进行60分钟的热处理。在第二种处理方法中，金刚石涂敷之前，基体先在1350℃和100乇的压力下、在一氧化碳气氛中进行60分钟的热处理。在另一种处理方法中，金刚石涂敷之前，基体先在1300℃和100个大气压下、在氮气气氛中进行60分钟的热处理。在另一种处理中，金刚石涂敷之前，基体先在1300℃和100个大气压下、在氮气气氛中进行60分钟的热处理；并且在涂敷处理后，金刚石涂层被部分打磨到选定的表面粗糙度。在所有那些实施例中，金刚石涂层处理都是用微波等离子体CVD处理的。
还有一些专利涉及带有金刚石或其他硬质镶块的如钻头那样的细长形旋转切削刀具。例如Bunting等人的美国专利US 4 762 445、题目为“复合式烧结麻花钻”中展示了一种嵌入在钻头坯料上的偏置并相对对置的金刚石镶块。Cerutti等人的美国专利US 5 273 557、题目为“带有热稳定的金刚石或CBN块切削部分的麻花钻”涉及一种带有槽的旋转钻头，黄铜合金在700℃以上的液相下将金刚石块固定在该槽中。Omori等人的美国专利US 5 137 398、题目为“带有金刚石涂层烧结体的钻头”示出一种带有可拆卸镶块的麻花钻，镶块嵌入在钻头主体轴向前端的槽中。Ishikawa等人的美国专利US 5 123 217、题目为“用于加工硬性和脆性材料的钻头”中展示了一种切削头上带有硬质镶块的钻头。Suzuki等人的美国专利US 5 071 294、题目为“抛光钻”中示出一种钻头，它的凹槽中安装有金刚石片。Nakamura等人的美国专利US 5 020 394、题目为“多晶金刚石带槽刀具及其制造过程”中显示了一种钻头，它在选定区域上带有金刚石涂层。
上述的所有方法都没有显示出这样的结果：即在再烧结处理期间(金刚石涂敷处理之前)可保持基体的尺寸公差，使得带金刚石涂层的基体在涂敷金刚石的过程中保持它的尺寸公差。可以理解，带金刚石涂层旋转切削刀具保持它的公差，例如尺寸一致性，这一点很重要。
这样，就非常有必要提供一种改进的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，如钻头、端铣刀、丝锥、牙钻、锪钻或者铰刀，以及其制造方法。
也就非常有必要提供一种改进的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，如钻头、端铣刀、丝锥、牙钻、锪钻或者铰刀，以及其制造方法，其中带金刚石涂层的旋转切削刀具有尺寸一致性，其上的金刚石涂层也有良好的附着性。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改进的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具及其制造方法。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具及其制造方法，该切削刀具上的金刚石涂层具有良好的附着性。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具及其制造方法，该切削刀具具有尺寸一致性而且其金刚石涂层具有良好的附着性。
本发明一方面是提供一种带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，它包括一个轴向前切削面、一个凹槽、和一个槽棱面。该切削刀具包括一个由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒组成的基体。该基体有第一基体区域，它有一个表面，形成了轴向前切割表面和槽棱面。第一基体区域的表面附近带有相对较大的硬质颗粒，在该处的相对较大的硬质颗粒的尺寸大于基体内部的硬质颗粒。第一基体区域有不规则表面。金刚石涂层在第一基体区域的该表面上，基体还有一个形成凹槽的第二基体区域。
本发明另一方面是提供一种带金刚石涂层的旋转切削刀具，它包括一个主冲撞面，和一个副冲撞面。该切削刀具包括由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒组成的基体，基体带有形成主冲撞面的第一基体区域。该第一基体区域在主冲撞面附近带有相对较大的硬质颗粒，它们的体积大于基体内部的硬质颗粒。主冲撞面带有不规则的表面。基体还有一个形成副冲撞面的第二基体区域，第二基体区域的硬质颗粒体积与基体内部的硬质颗粒基本上大小相同。副冲撞表面的粗糙度低于第一基体区域。带金刚石涂层是在主冲撞面上。
在本发明的另一方面是提供一种带金刚石涂层的旋转切削刀具的制造方法，该切削刀具有主冲撞面和副冲撞面。该方法包括以下步骤：提供一种由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒组成的烧结基体；然后从基体上去掉材料以形成带有主冲撞面的第一基体区域；再在一定温度和气氛下，烧结基体一定时间，以便在基体的表面产生颗粒增长；然后从基体上移去材料形成带有副冲撞面的第二基体区域；接着在基体上牢牢沉积金刚石涂层，其中在主冲撞面上金刚石涂层的附着力大于在副冲撞面上的金刚石涂层的附着力。
本发明的另一方面是提供一种带金刚石涂层的旋转切削刀具的制造方法，其中该切削刀具带有主冲撞面和副冲撞面。该方法包括以下步骤：提供一种由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒组成的烧结基体；然后从基体上去掉材料而形成带有主冲撞面的第一基体区域；然后在一定温度和气氛下再烧结基体一定时间，以便在基体的表面产生颗粒增长；在基体上牢牢沉积金刚石涂层；然后从带金刚石涂层的基体上移去材料以形成带有副冲撞面的第二基体区域，其中主冲撞面上带有金刚石涂层，副冲撞面上不带金刚石涂层。
附图简介
下面简单说明作为本申请一个构成部分的附图。
图1是用于制造麻花钻的烧结坯料的立体图；
图2是图1所示的烧结坯料的立体图，该坯料的部分材料已被磨去，以便形成麻花钻的带槽部分的外径以及轴向前端切削面的一部分；
图3是图2所示的烧结坯料的立体图，该坯料的部分材料已被磨去，以便形成麻花钻的轴向前端切削面的剩余部分；
图4是图3所示的结构再烧结后的立体图，其部分材料已被磨去以便形成麻花钻的凹槽。
实施例
参看附图，图1显示了用于制造麻花钻也即细长形旋转切削刀具的大致呈圆柱形的烧结基体坯料，整体标注为10。应当理解到，虽然具体实施例是一个麻花钻，本发明可以覆盖其他类型的旋转切削刀具，例如，丝锥、牙钻、锪钻、铰刀或端铣刀中的每一个都是涵盖在本发明范围内的切削刀具。
在此后的描述中将会表明，将移去材料作为最后处理步骤的本发明实施例特别适于制造几何形状复杂的主体。更具体地说，由于最后步骤包括通过切削或类似方法移去材料，这一过程保证了在生产几何形态或形状复杂的主体时所必须的尺寸一致性和尺寸误差。
再参看图1，基体10带有相对的轴向前端12和后端14。基体10沿整个长度方向上有大体圆柱形表面16，因而基体10的整体几何形状为圆柱形。
制造基体10的典型材料是用钴粘结的碳化钨。其他典型材料包括带有以简单碳化物或固溶体形式存在的其他碳化物(例如，TaC,NbC,TiC,VC)的碳化钨基材料。钴的含量可以在重量百分比大约0.2到20之间，虽然更典型的范围是重量百分比大约在5到16之间。用于制作麻花钻或者其他细长形切削刀具(例如端铣刀或铰刀)的典型碳化钨-钴(或者，碳化钨基底/钴)混合物，包括下列混合物并具有以下性能。
混合物No.1包括重量百分比约为11.0到12.0的钴，以Ta(Nb)C形式存在的重量百分比大约为1.2到2.6的钽和重量百分比大约为0.2到0.6的铌，以TiC形式存在的重量百分比不超过0.4的钛，以及剩余部分为碳化钨。对于混合物No.1来说，碳化钨的平均粒度约在1到6微米(μm)之间，孔隙率大约为A06、B00、C00(按美国材料试验标准(ASTM)规范B 276-86)，密度约在每立方米14000到14400公斤之间(Kg/m3)，洛氏硬度约为89.4到90.2之间，磁饱和度约在88％到98％之间，其中100％对应于大约202微特斯拉立方米每公斤的钴(μTm3/kg)(约为160高斯立方厘米每克的钴(高斯-cm3/gm))，矫顽磁力大约是135到185奥斯特，横向断裂强度大约是2.8千兆帕斯卡(GPa)。
混合物No.2包括重量百分比大约在10.0到10.6之间的钴，以Ta(Nb)C形式存在的重量百分比大约在4.7到5.7之间的钽以及重量百分比大约在3.0到3.8之间的铌，以TiC形式存在的重量百分比大约在3.0到3.8之间的钛，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.2来说，碳化钨的平均粒度为大约1到6μm之间，孔隙率为A06、B00、C00(按美国材料试验标准(ASTM)规范B 276--86，题目为“粘结碳化物中表观孔隙率的标准测试方法”)，密度约在12700到13100Kg/m3之间，洛氏硬度约为90.7到91.3之间，磁饱和度约在80％到100％之间，矫顽磁力大约是140到180奥斯特，横向断裂强度大约是2.4GPa。
混合物No.3包括重量百分比大约8.5的钴，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.3来说，碳化钨的平均粒度为大约2.5μm，密度约在14600到14800Kg/m3之间，维氏硬度约为1370到1430 HV30之间，磁饱和度约在79.2％到94.4％之间，矫顽力大约是130到170奥斯特，横向断裂强度大约是3.0GPa。
混合物No.4包括重量百分比大约11.5的钴，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.4来说，碳化钨的平均粒度大约为1到4μm之间，密度约在12690到12890Kg/m3之间，维氏硬度约为1300到1400 HV30之间，磁饱和度约在79.2％到93.8％之间，矫顽力大约是110到170奥斯特，横向断裂强度大约是2.25GPa。
混合物No.5包括重量百分比大约6.0的钴，重量百分比为1.6的Ta(Nb)C，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.5来说，碳化钨的平均粒度大约为1μm，密度约在14800到14900Kg/m3之间，维氏硬度约为1640到1740 HV30之间，磁饱和度约在79.2％到94.0％之间，矫顽力大约是210到270奥斯特，横向断裂强度大约是2.6GPa。
混合物No.6包括重量百分比大约在14.7到15.3之间的钴，以Ta(Nb)C形式存在的、重量百分比不大于约0.1的钽和重量百分比不大于约0.1的铌，以TiC形式存在的、不大于约0.1的钛，以碳化钒形式存在的、重量百分比大约在0.2到0.4之间的钒，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.6来说，碳化钨的平均粒度小于大约1微米(μm)，孔隙率大约为A06、B01、C00(按美国材料试验标准(ASTM)规范B 276--86)，密度约在13800到14000Kg/m3之间，洛氏硬度约为91.0到91.8之间，磁饱和度约在80％到88％之间，矫顽力大约是280到320奥斯特，横向断裂强度大约是3.5GPa。
混合物No.7包括重量百分比大约在9.7到10.3的钴，以Ta(Nb)C形式存在的、重量百分比不大于约0.1的钽和重量百分比不大于0.1的铌，以TiC形式存在的、不大于约0.1的钛，以碳化钒形式存在的、重量百分比大约在0.1到0.3之间的钒，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.7来说，碳化钨的平均粒度大约小于1μm，孔隙率大约为A06、B01、C00(按美国材料试验标准(ASTM)规范B 276--86)，密度约在14400到14600Kg/m3之间，洛氏硬度约为91.5到92.9之间，磁饱和度约在80％到98％之间，矫顽力大约是250到350奥斯特，横向断裂强度大约是3.1GPa。
混合物No.8包括重量百分比大约9.5的钴，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.8来说，碳化钨的平均粒度大约为0.8μm，密度约在14500到14600Kg/m3之间，维氏硬度约为1520到1580 HV30之间，磁饱和度约在79.2％到93.8％之间，矫顽力大约是225到265奥斯特，横向断裂强度大约是3.6GPa。
混合物No.9包括重量百分比大约在8.6到9.4的钴，以Ta(Nb)C形式存在的、重量百分比大约在0.3到0.5之间的钽和重量百分比不大于0.2的铌，以TiC形式存在的、不大于约0.4的钛，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.9来说，碳化钨的平均粒度大约在1到10μm，密度约在14300到14600Kg/m3之间，洛氏硬度约为88.9到90.1之间，磁饱和度约在88％到98％之间，矫顽力大约是100到160奥斯特，横向断裂强度大约是2.4GPa。
混合物No.10包括重量百分比大约为11.0的钴，重量百分比为8.0的Ta(Nb)C，重量百分比为4.0的TiC，剩余部分为碳化钨。对于混合物No.10来说，碳化钨的平均粒度大约在1到8μm，密度约在12950到13150Kg/m3之间，维氏硬度约为1330到1430 HV30之间，磁饱和度约在79.2％到93.6％之间，矫顽力大约是155到185奥斯特，横向断裂强度大约是2.5GPa。
可以理解，其他粘结材料可能也能采用。除钴和钴合金外，合适的金属粘结剂包括镍、镍合金、铁、铁合金以及上述材料的任意组合(例如，钴、钴合金、镍、镍合金、铁和/或铁合金)。
处理基体10的第一步是打磨原始的细长形基体的表面，图1所示的基体10的表面已经被打磨过了。
第二个基本步骤是从大致为圆柱形的基体10上的选定部分除去材料。图2显示的基体已经被打磨过了，以便于从其轴向前部移去预定量的材料。由于图2所示的结构与基体坯料10不同，基体10在图2所示的状态下总体标注为18。
通过横向进行打磨，将一定量的材料从基体的轴向前端移去，形成基体的较小直径(即，切削直径)部分20的外径“A”，基体的该部分将形成麻花钻的带凹槽部分。在这一步骤中，没有从基体的后部除去材料，其中后部将形成基体的较大直径部分22，它将成为麻花钻的柄。
这一处理过程还从基体的轴向前端磨去(或移去)材料，以形成轴向前端切削面的一部分。具体的说，这一步骤形成麻花钻的切削棱24及侧面26和28。这一形成切削棱的加工步骤还形成了表面30和32。
最后，这一步骤移去材料，形成基体的后端倒角，并在基体的直径减小部分和直径加大部分之间形成肩部34。
在加工细长形结构18的下一步中是从轴向前端除去材料，以形成图3所示的结构。由于图3所示的结构和总体标注为18的基体之间不同，在图3中所示的基体总体标注为36。通过这个第二磨削步骤移去材料，形成麻花钻的短槽。图3只显示了一个短槽38。
上面的描述显示了达到图3所示结构的某些基本步骤。然而，可以理解该处理过程可能采取任何数量的适当步骤。采用上述基本步骤是为了描述上的方便，因而本发明的范围并不仅仅局限于前述的具体处理步骤。
在这一处理阶段，对图3所显示的状态下的基体进行再烧结工艺。在图3所显示的状态下，基体36有足够的质量(或形体简单性)以抵抗由于在高于材料液化的温度下进行的再烧结、即热加工所带来的不希望的尺寸变形。因而再烧结处理的结果是，图3所示的基体的尺寸误差不会改变，这样，已被磨削到所需要的尺寸的结构将保持其尺寸一致性，也就是说，在再烧结过程中，结构将没有尺寸变形，或者即使结构有尺寸变形，这些变形也将使得最终结构保持在预先设定的尺寸公差范围内。换句话说，在再烧结之后，切削棱、侧面、短槽和带凹槽部分(这些将成为带凹槽的棱)的外径将保持它们的尺寸一致性。
根据再烧结工艺，首先必须明白对于WC基/Co合金的情况，烧结基体的表面带有由钴或钴合金粘结的碳化钨(或者是简单碳化物，或者是与其他碳化物的固溶体)硬质颗粒。钴不仅存在于碳化钨颗粒之间，而且由于在真空烧结状态下钴和碳化钨的润湿性能，钴还覆盖了某些已烧结基体表面上的碳化钨颗粒。此外已经被打磨过的基体区域倾向带有涂敷在基体表面上的钴，以便覆盖碳化钨颗粒。
在恰当的时间、温度和气氛下，进行再烧结过程，使得基体表面处的碳化钨颗粒增大，同时钴从该处消除(或蒸发)。结果是产生的基体表面的表面粗糙度大于25微英寸，Ra，并且最好大于30微英寸，Ra，大于40微英寸，Ra，就更好了。
尽管下面将讨论为已公开的国际专利申请No.PCT/US94/02346(国际公开号No.W095/15258)中的合金B，该专利为授予宾西法尼亚州、Latrobe的Kennametal公司的“带金刚石涂层工具及其制造方法”[此处引用国际专利申请No.PCT/US94/02346(国际公开号No.WO95/15258)作为参考]，可以预期用于制造如麻花钻等细长形切削刀具的典型混合物具有同样的或相似的结果。更具体地说，前面作为制造钻头或铰刀的典型基体会具有同样的结果。
合金B组成如下：重量百分比为2.3到2.9的钴，重量百分比上限为0.4的钽，重量百分比上限到0.1的铌，其他的杂质以及剩余部分为碳化钨。合金B性能如下：洛氏硬度为92.8到93.6，矫顽力(Hc)是290到440奥斯特之间，磁饱和度足以避免η相的形成，碳化钨的平均粒度是1到6微米(μm)，孔隙率为A08、B00、C00或更好，密度在15.10到15.50grams/cm2之间。
合金B的再烧结过程是在氮气气氛下、66.5Pa(0.5乇)、2750°F(1510℃)处理3个小时。可以理解，获得一定的表面粗糙度所需要的时间可以是不同的。一般说来，随着烧结温度的升高，烧结时间减少。最好的气氛是氮气气氛，其中氮气的分压使得钴能够蒸发，同时使基体整体中的碳化钨被钴再濡湿达到最小。还应当避免在表面上形成氮化物层。氮气的分压范围在39.9Pa(0.3乇)到6650Pa(50乇)之间，最好范围在39.9Pa(0.3乇)到665Pa(5乇)之间，而在39.9Pa(0.3乇)到266Pa(2乇)之间就更好了。
再烧结之后，合金B的微观结构按以下方式发生变化。在表面周围区域钴的含量象钴池区一样降低。包括表面周围区域，试样整体上钴重量百分含量降低约0.5。
在表面周围孔隙率得以提高。孔隙率是A02和A06，在表面周围没有相互联结的孔隙，在试样的其他部分同样没有。
碳化钨的粒度也增加了，具体地说，碳化钨的粒度不是均匀的，范围在1到11微米。在表面周围地区大的颗粒以及大颗粒出现的频率更高，含有的颗粒大到16微米到28微米。
在已公开的国际专利申请No.PCT/JS94/02346(国际公开号WO95/15258)的表格Ⅱ中显示了合金B的表面粗糙度，该专利为授予宾西法尼亚州、Latrobe的Kennametal公司的“带金刚石涂层工具及其制造方法”，表格Ⅱ表明表面粗糙度大约在38微英寸，Ra，到68微英寸，Ra，之间。
申请人希望发生上述那些变化，也就是说，在对本专利申请中前面所说明的所有具体合金进行烧结时，都会产生表面附近的颗粒长大、表面附近的粘结剂金属减少的变化。这样，所有这些合金都带有恰当的表面粗糙度，以提高金刚石涂层在它上面的附着力。
对基体36处理工艺的下一步是，除去材料以形成带凹槽部分，该部分包括有螺旋状的凹槽。图4中显示了所形成的结构，整体标注为40。基体40有相对的轴向前端42和后端44。钻头40的轴向后端44附近是柄46。基体40还包括带凹槽部分49，它包含钻头的凹槽50。带凹槽部分49从钻头的肩部48延伸到轴向前端42处。槽棱面52介于相邻槽50之间。图4显示基体的轴向前部包括切削棱24、侧面26和28以及表面，其中图4只显示了一个短槽38。
麻花钻基体的表面粗糙度依具体的范围或区域而改变。槽棱面52、切削棱24、侧面(26、28)以及短槽38形成了第一基体区域。第一基体区域的粗糙度至少25微英寸，Ra，最好至少35微英寸，Ra，达到至少40微英寸，Ra，就更好了。
第一基体区域带有一个形成主冲撞面的表面区域，换句话说，这些结构，也就是槽棱面、切削棱、侧面和短槽所形成的表面区域上金刚石涂层具有最好的附着性是至关重要的。这是因为这些表面区域对于满意的切削操作是很重要的。尽管柄46的表面和肩部48并非第一基体区域的一部分，它们的四周也具有上述的表面粗糙度。
麻花钻基体40的其他区域形成第二基体区域，更具体地说，槽50形成第二基体区域。带有较大的硬质颗粒和较少含量的粘结金属的微观结构已经被打磨掉(移去)而形成凹槽，这样，第二基体区域的表面粗糙度小于第一基体区域的表面粗糙度。
第二基体区域的表面上金刚石涂层的良好附着性并不关键。这是因为凹槽的表面对于钻头的满意切削影响不大。因而很显然在第一基体区域的表面(即主冲撞面)金刚石涂层的良好附着远比在第二基体区域(即副冲撞面)的表面部分重要。
此时，基体40已经可以进行金刚石涂敷了。在进行涂敷之前，作为一种可选择的处理步骤，基体40的选定表面可以用金刚石刮擦，以增加金刚石的晶核形成点。金刚石一般刮擦在第一基体区域上。金刚石刮擦可以是采用0.25微米的金刚石磨削膏对该区域进行手工刮擦，或者是通过在100毫升的丙酮中加入0.5微米到3微米的金刚石颗粒形成的稀浆中进行声处理。声处理过程包括配制金刚石颗粒和丙酮的稀浆、对稀浆进行超声振荡，然后将部件浸没在正在振荡的稀浆中，以便于金刚石颗粒冲撞部件的表面。
发明者还考虑到，在带金刚石涂层之前，作为一个可供选择的处理步骤，可以通过机械、化学或电化学处理，从基体的选定表面上除去钴。最好从第二基体区域(它代表副冲撞面)除去钴，以增加金刚石涂层在基体的该区域上的附着性能。Svensson的美国专利No.5 380 408“蚀刻处理”披露了一种在硫酸、磷酸和水的混合物中进行的电化学蚀刻处理，以便从硬质材料的表面去掉粘结相。欧洲专利No.0 337 696“表面涂敷的粘结碳化物及其制造过程”提到了采用机械过程(滚磨，擦光，或其他类似方法)、化学过程(浸入硝酸、盐酸、氢氟酸、硫酸等酸类中)或电化学过程，以便从基体的表面区域去掉粘结剂。日本专利公开No.2-217398(1990.8.30公开)“金刚石薄层的涂敷方法”披露了一种电解打磨方法，以便从基体的表面去掉粘结剂。
关于金刚石涂敷，可以采用蒸汽沉积技术，例如，热丝、直流(DC)等离子喷射，微波等离子或电弧喷射技术。在已公开的国际专利No.PCT/US94/02346(国际公开No.WO95/15258)中有进行金刚石涂敷的一种适当技术，该专利为授予宾西法尼亚州、Latrobe的Kennametal公司的“带金刚石涂层工具及其制造方法”。
其中，在该金刚石涂敷专利中，涂敷时基体温度最好保持在700℃到875℃之间。当温度低于700℃时，金刚石涂层中会形成太多的石墨，使得耐磨性大大降低。并且，还降低了涂敷速度。当温度高于875℃时，涂敷过程中，太多的钴从基体中扩散出来，给金刚石在基体上的附着带来不良影响。现已发现，带金刚石涂层时的温度在大约750℃到850℃最好。
第一基体区域上表面粗糙度的增加，使得金刚石涂层在第一基体区域上的附着性能增加，超过它在第二基体区域上的附着性能。如前所述，第一基体区域形成麻花钻的主冲撞面。金刚石涂层在第一基体区域的表面部分具有最大的附着力，则该麻花钻的使用效果将和在整个表面上都附着良好的麻花钻基本上相同。而且，由于基体有足够的质量(或形体简单性)来抵抗在液相或高于液相的温度下进行再烧结时的变形，麻花钻的主切削面具有尺寸一致性。
申请人考虑到第二种实现本发明的方法。这时，在该方法中，开始时基体的形状如同图1所示，即，是一个表面打磨过的圆柱形坯料。下一个基本步骤包括从大致为圆柱体的基体上的选定部分除去材料，使得基体的状况成为象图2所示的那样。如同在第一种方法中那样，磨削步骤从基体的轴向前端除去一定量的材料，形成基体的直径较小部分的外径，该部分将成为麻花钻的带凹槽部分。这一步骤中，留下基体的后端没有磨削，以便形成基体的直径较大的部分，这一部分将形成麻花钻的柄。
这一步骤还从基体的轴向前部磨去(或除去)材料，以便形成轴向前切削面的一部分。这一步骤形成麻花钻的切削棱和侧面。形成切削棱的这一加工步骤同样形成类似于在第一个实施例中表面30和32那样的表面。
对该细长形结构的下一步加工是从轴向前端除去材料，以便产生类似于图3所示的结构，通过该第二磨削步骤除去材料形成了麻花钻的短槽。此时，钻头将成为类似于图3所示的结构。
在这一处理阶段对基体进行再烧结处理。象图3所示的实施例那样，基体有足够的质量(或形体简单性)来对抗在材料的液相温度之上所进行的再烧结即热加工过程中的任何尺寸变形的可能。这样基体中的尺寸误差不会改变，已经被磨削到所要求尺寸的结构将保持其尺寸一致性。换句话说，在再烧结处理之后，切削棱、侧面、短槽、和带凹槽部分的外径(它将成为槽棱面)都将保持它们的尺寸一致性。而其他旋转切削刀具中，在再烧结之前，将磨削(或形成)主冲撞面以便使再烧结过程中的整体质量达到最小。
再烧结过程完成后，麻花钻基体的表面粗糙度至少是25微英寸，Ra，最好至少35微英寸，Ra，达到至少40微英寸，Ra，就更好了。再烧结后基体表面的微观结构与第一实施例再烧结后相似。其表面微观结构包括比坯料中大的颗粒粒度，比坯料中大的钴含量，并且没有互联的孔隙。
下一步，是对再烧结的基体进行金刚石涂敷。金刚石涂敷的操作与第一种方法中的操作类似，无须在此赘述。金刚石涂敷步骤的最后结果是形成一个带金刚石涂层的基体，它的主冲撞面已经被磨削并涂敷上金刚石，副冲撞面还没有被磨削。
金刚石涂敷步骤完成后，从基体上去除材料而形成麻花钻的副冲撞面，即凹槽。这一步骤的最后结果是形成的麻花钻，其主冲撞面带有金刚石涂层，其副冲撞面已经被打磨以去掉金刚石涂层。
作为一个选择性步骤，在金刚石涂层沉积之前，副冲撞面对应的表面上可以加以屏蔽，这样金刚石就不会沉积在那儿了。这一选择性步骤的好处是，避免金刚石涂层干扰去掉材料形成副冲撞面时的操作。更具体地说，没有金刚石涂层使得去掉材料更加容易而且不会增加金刚石污染其他表面区域的机会。
对于主冲撞面来说，这种表面具有的表面粗糙度有利于金刚石涂层的良好附着。此外，主冲撞面的钴含量大于坯料的钴含量。
副冲撞面带有一个已打磨的表面。副冲撞面表面上的钴含量和碳化钨粒度基本上与坯料相同，因为打磨深度大于再烧结后出现的表面微观结构的深度。
尽管，副冲撞面上不带有金刚石涂层，但是，申请人相信该部分不带有金刚石涂层并不会对细长形旋转切削刀具的工作带来负面影响。最重要的原因是，副冲撞面并不进行任何切削，这样，也就无须保持它的锐利和尺寸一致性。尽管副冲撞面也会磨损，在旋转切削刀具的通常使用寿命中，该表面不大可能被磨掉。
上述第二种方法的优点是，在金刚石涂敷过程种，避免了主冲撞面被钴污染。
参看图4B，它示出本发明麻花钻的另一个实施例，整体标注为60。麻花钻60带有相对的轴向前端62和轴向后端64。麻花钻60的轴向前部66带有凹槽72和槽棱面70。麻花钻的轴向后部包括柄68。金刚石涂敷在槽棱面、钻头的轴向前端附近的切削面、和柄上。可以采用上述两种基本方法中的任一种进行金刚石涂敷。
这样，本发明显然达到了那些目的。就是说，本发明提供了一种改进的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具以及它的制造方法。本发明还提供了一种改进的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具及其制造方法，该切削刀具的金刚石涂层具有良好的附着性。最后本发明提供了一种改进的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具及其制造方法，该切削刀具具有良好的金刚石涂层附着性和尺寸一致性。
此处引用文中所标明的所有专利和其他文件作为参考。
参照此处所披露的本发明实施例或操作，本发明的其他实现方法对于本领域的专业人员将是显而易见的，实例和例子只应视为是说明性的，本发明真正的范围和精神由后附权利要求来指明。

Claims (18)

1、一种带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，它包括轴向前切削面、凹槽和槽棱面，该切削刀具包括：
基体，该基体包括由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒；
该基体上有作为一个表面的第一基体区域，第一基体区域形成轴向前切削面和槽棱面，第一基体区域在其表面附近带有相对较大的硬质颗粒，这些相对较大的硬质颗粒的粒度大于基体内部的硬质颗粒，第一基体区域有不规则的表面，金刚石涂敷在第一基体区域的表面上；
基体上有形成凹槽的第二基体区域。
2、如权利要求1所述的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，其特征在于，第二基体区域带有的硬质颗粒尺寸与基体内部的硬质颗粒基本上大小相同，第二基体区域有表面粗糙度低于第一基体区域的表面粗糙度的表面，第二基体区域的表面带有金刚石涂层，金刚石涂层在第一基体区域上的附着力大于它在第二基体区域上的附着力。
3、如权利要求2所述的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，其特征在于，在第一基体区域表面附近，钴的含量小于基体内部的钴含量，在第二基体区域表面附近的钴含量与基体内部的钴含量基本相同。
4、如权利要求1所述的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，其特征在于，基体的硬质颗粒包括碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化钒和固溶体中的一种或多种；基体中包括重量百分比大约为5到16的金属粘结剂；金属粘结剂从钴、铁、镍及它们的合金中选出。
5、如权利要求1所述的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，其特征在于，在第一基体区域表面附近，钴的含量小于基体内部的钴含量。
6、如权利要求1所述的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，其特征在于，基体上金刚石涂层的平均厚度大约在2微米到100微米之间。
7、一种带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，它有主冲撞面和副冲撞面，该切削刀具包括：
基体，该基体包括由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒；
该基体上有形成主冲撞面的第一基体区域，第一基体区在主冲撞面附近有相对较大的硬质颗粒，这些相对较大的硬质颗粒的粒度大于基体内部的硬质颗粒，主冲撞面有不规则的表面；
基体上有形成副冲撞面的第二基体区域，第二基体区域带有的硬质颗粒尺寸与基体内部的硬质颗粒基本上大小相同，副冲撞面的表面粗糙度低于第一基体区域的表面粗糙度；
在主冲撞面上有金刚石涂层。
8、如权利要求7所述的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，其特征在于，在副冲撞面上有金刚石涂层，金刚石涂层在主冲撞面上的附着力大于它在副冲撞面上的附着力。
9、如权利要求7所述的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，其特征在于，旋转切削刀具带有轴向前切削棱、侧面、凹槽和槽棱面；主冲撞面带有轴向前切削棱、侧面和槽棱面；副冲撞面有凹槽。
10、如权利要求7所述的带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具，其特征在于，在主冲撞面附近，钴的含量小于基体内部的钴含量，在副冲撞面附近的钴含量与基体内部的钴含量基本相同。
11、一种制造带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具的方法，其中，切削刀具包括主冲撞面和副冲撞面，该方法包括以下步骤：
提供一个烧结的基体，它包含由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒；
然后从基体上去掉材料，形成带有主冲撞面的第一基体区域；
再在一定温度和气氛下，烧结基体一定时间，以便在基体的表面造成颗粒增长；
然后从基体上移去材料，形成带有副冲撞面的第二基体区域；
接着在基体上牢牢沉积金刚石涂层，其中，在主冲撞面上金刚石涂层的附着力大于在副冲撞面上的金刚石涂层的附着力。
12、如权利要求11所述方法，其特征在于，基体的硬质颗粒包括碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化钒和固溶体中的一种或多种；基体中包括重量百分比大约为5到16的金属粘结剂；金属粘结剂选自钴、铁、镍及它们的合金。
13、如权利要求11所述的方法，其特征在于，在主冲撞面附近，钴的含量小于再烧结基体内部的钴含量。在副冲撞面附近，钴的含量与再烧结基体内部的碳化钴含量基本相同。
14、如权利要求11所述的方法，还包括在金刚石涂层沉积之前减少副冲撞面上金属粘结剂含量的步骤。
15、一种制造带金刚石涂层的细长形旋转切削刀具的方法，其中，切削刀具包括主冲撞面和副冲撞面，该方法包括以下步骤：
提供一个烧结的基体，它包含由金属粘结剂粘结在一起的硬质颗粒；
然后从基体上去掉材料，形成带有主冲撞面的第一基体区域；
再在一定温度和气氛下，烧结基体一定时间，以便在基体的表面形成颗粒增长；
接着在基体上牢牢沉积金刚石涂层；
然后从带金刚石涂层的基体上移去材料，形成带有副冲撞面的第二基体区域，其中，在主冲撞面上带有金刚石涂层，在副冲撞面上没有金刚石涂层。
16、如权利要求14所述方法，其特征在于，主冲撞面的表面粗糙度至少为25微英寸Ra。
17、如权利要求14所述方法，其特征在于，在再烧结的基体上附着的金刚石涂层的平均厚度大约在2微米到100微米之间。
18、如权利要求15所述方法，还包括在金刚石涂层沉积之前，在副冲撞面对应的基体表面加以屏蔽的步骤。
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