CN1642697A - 带有硬涂层的自磨锐切割工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种切割工具，其一侧的刀片上涂覆有片状或层状微结构的硬涂层。这种涂层倾向于均匀光滑地磨损，从而可使切割工具的切割刃保持光滑。此外，通过仅在一侧涂覆该切割刃，该切割刃可以自磨锐。该涂层优选包括至少一层由基本上或者完全不含金属钨的碳化钨构成的层。

Description

带有硬涂层的自磨锐切割工具
本发明涉及自磨锐刀具及其它切割工具，其刀片上带有硬的片状或层状单层涂层或多层涂层。
刀片或相似切割工具的切割刃的锋利度是家用刀具、工业刀具及常用的切割工具的重要特性。
很久以前就知道由于由较软材料构成的切割刃会极快地变钝，所以刀片材料的硬度是使刀片的切割刃保持锋利度的重要因素。另一方面刀片经常被制成薄的长条形或薄片形，而刀刃必须具有一定柔韧性以避免使用时脆性断裂或形成缺口。由于大多数硬材料通常易碎和容易断裂，所以硬度和柔韧性这两种特性经常相互矛盾。
为了实现这两种特性的最佳结合，包括淬火、热处理或炼制合金(alloying)的各种技术已经在历史上被采用。
US 6,105,261描述了一种自磨锐刀片，其包括具有相对较高耐磨损性从而基本上定出切割刃的第一较硬层及位于该第一层一侧并由较低耐磨损性材料构成的第二较软层。较硬层的厚度为0.3微米～1.5mm。US专利中举出的实施例包括通过金属加工术或机械加工得到的刀片，如辊压(Rolling)几层钢片、热压并烧结含有金刚石及其它硬材料的粉末、及在塑料上涂覆沉积。机械加工通常会生成相对较厚的硬材料层，因而不能得到较好的刀片锋利度。
对制造带有硬涂层的刀片已作为各种偿试。US 6,109,138公开了一种刀片，其刀刃的一侧用基质中的颗粒状材料涂覆。根据描述，基质比颗粒材料柔软，这种涂层如下：大量颗粒从基质突出从而在刀刃上构成切割尖端(cutting tip)。这种刀片具有增强刀刃的保持性并适于实际应用，例如作为家用厨用刀具。然而带有这种涂层的刀具有许多缺点而限制了其应用。涂覆过程不会形成较薄的涂层，涂层厚度通常是25-30微米。涂层由在基本上较软金属基质中随机分布的硬颗粒构成，因而这种涂层结构不能在涂层厚度内形成整齐的自磨锐刀刃。这限制了带有这种厚度的硬涂层刀片所能达到的锋利度。此外，由突出于基质的硬材料的分散颗粒形成的切割刃不是提供光滑的切割功能，而是起到了使被切割材料撕开的作用。与例如解剖刀的纯压缩切割功能相比，这通常需要向切割刃施加较高的外力。涂层通常是在″沉积时(as-deposited)″的状态；换句话说对涂层本身没有额外或后加工的处理，因而通常会有较粗糙的形状。表面粗糙度及由此引起的涂层和被切割材料间的摩擦增大会进一步防碍切割功能。由此，带有这种涂层的切割工具由于其有限的锋利度和粗糙的表面形状(导致撕裂而不是切割)，使其应用受到限制。
对于制造带有由钴或其它柔软金属基质中的碳化钨颗粒构成的硬涂层的刀片已经进行了各种偿试，证实了所谓的″自磨锐作用″极大地取决于涂层结构和性能。例如，用于沉积钴基质涂层中的碳化钨的高速氧火焰(HVOF)法的确可提供自磨锐作用，并被用于实际应用中。相比而言，当使用被称为等离子体喷涂的相似涂覆方法沉积WC/Co涂层时，不能实现自磨锐作用。尽管HVOF和等离子体喷涂的涂层由钴基质中的碳化钨颗粒构成，并通过相似的喷涂方法形成，但是它们在形成切割工具时的差别证实获得自磨锐作用并非容易或明显的。事实上，可提供自磨锐作用的涂层的形成极大地取决于涂层的特性，如硬度、多孔性及微结构，这需要广泛地实验和分析。
EP 0 567 300描述了一种硬涂层，其具有可从空表面向涂层的外表面延伸的柱状结晶结构。然而，柱状结构涂层中的磨损和断裂作用不能为刀刃的锋利度提供最佳结构。柱状涂层因微晶柱及其组合的断裂而磨损，并且在涂层内不能变得锋利。因此，刀刃锋利度受涂层厚度的限制。
尽管这些技术增强了刀片的刀刃保持特性，但是不能形成光滑锋利的类似于解剖刀的刀片。而当这种刀片用于切割易被不均匀刀刃剥离或撕裂的薄纸(如卫生纸)和相似材料时，这是特别重要的。
US 5,799,549描述了一种剃须刀片，其两侧均涂覆有厚度至少为400埃、通常约为2000埃的无定形金刚石涂层。这种涂层使薄刀片具有硬度和刚性。然而，这种涂层具有亚微米厚度(400埃等于0.04微米，2000埃等于0.2微米)并形成在刀片的两侧，因此不能提供刀片所需的自磨锐作用。
EP 0 386 658和US 4,945,640描述了一种用于刀刃锋利的工具的耐磨损涂层及其制造方法。使用化学气相沉积法(CVD)来沉积涂层，其厚度为2～5微米，并由自由钨与W2C或W3C的混合物，或自由钨与WC和W3C的混合物构成。在这种涂层的所有变体中均含有相对较软的金属钨，因此这些涂层通常具有相对适度的硬度，其硬度基本上低于纯碳化钨的硬度。沉积这种涂层的方法在EP 0 329 085、EP 0 305 917、US4,910,091和US 5,262,202中得到了更详细的描述。这种涂层可由六氟化钨、二甲基醚(DME)、氢和氩的气态混合物制备。在此方法中，由于WF6和含氧DME间的反应而形成低挥发性的氧氟化钨。钨氧氟化物难于用氢还原而保留于涂层中。这需要按US 5,262,202中所述对涂层进行额外的热处理以提高涂层性能。在这些出版物中所述的涂层具有相对较低的硬度(低于3000Hv，通常为2300Hv)、不均匀的结构，因此不能实现自磨锐。如US 4,945,640和EP 0 386 658中所述，这种涂层提供了刀刃锋利的工具的耐腐蚀性和耐磨损性，但是不能提供自磨锐作用。由于没有自磨锐作用，所以这种硬涂层仅能为切割工具刀刃的锋利度保持提供有限的改进作用。
可降低切割刀片和被切割材料间摩擦的涂层有助于提高切割功能，并且用较少量的能量就可切割材料。这已通过例如用PTFE薄层涂覆的剃须刀片证实，其以低摩擦性能著称。尽管PTFE涂层不能改变剃须刀片的锋利度，但刀片可在较低外力下移动，从而可提高切割功能。柔软的PTFE涂层可用于温和的切割应用中，如用剃须刀片刮毛发，但不适于机械刀具所面对的更苛求的切割环境，例如切割纸、塑料、食品等。在这种情况下，柔软的PTFE涂层会很快地受损。机械刀具的切割功能得益于具有较低摩擦而能耐磨损的耐久涂层。
切割刃斜边的表面粗糙度、尤其是切割刃上的涂层的粗糙度也影响切割功能。较粗糙的斜边表面经常形成带有较小锯齿的较粗糙切割刃，从而通过撕裂作用进行切割。例如与光滑解剖刀刀片的纯压缩切割功能相比，粗糙并带锯齿的刀具需要更高的外力和更高的能量来进行切割。带锯齿的刀具被认为比带光滑切割刃的刀具更持久，尽管它们的切割功能较差，尤其是在切割精密材料时。
本发明的实施方案力图进一步改进切割刀片结构，从而有利于切割，尤其是切割易因撕裂或断裂而受损的柔软材料，同时使刀片保持刀刃保持特性。
通过对各种涂层的磨损结构进行广泛实验和显微镜观察，本申请人发现通过使用最佳的涂层结构及包括硬度、厚度和摩擦系数在内的涂层性能的组合可实现最佳的切割功能。
已发现基本上比刀片材料硬的涂层可降低切割刀片的磨损速率。当刀片的一侧具有硬涂层时，这一侧的磨损明显低于没有涂层的另一侧。由于刀片被用来切割各种材料，所以微磨损将使材料逐渐从刀片未涂覆的一侧被消除。
因此使用后刀刃将主要由硬涂层构成，而该硬涂层由基底刀片材料一侧来支撑。在此阶段涂层的性能取决于其微结构。在较软基质中由颗粒材料构成的涂层将使基质通过磨损除去，而留下突出于基质的颗粒，从而形成基本上不均匀的刀刃。
柱状结构的硬涂层通常沿柱状微晶间的边界断裂。当刀片基底材料因磨损而除去，从而留下没有充分支撑的涂层刀刃时，较小的微晶颗粒将脱离涂层。在这种情况下，涂层厚度将决定刀刃锋利度。较厚的涂层通常不能提供充分的锋利度，而为提高这种刀片的切割能力经常在未涂覆一侧形成锯齿/扇形凹口。这再一次使刀刃基本上不均匀并影响切割功能。
根据本发明第一方面，它提供一种自磨锐切割工具，其切割刃由第一材料或多种材料构成，该切割刃仅在其一侧上涂覆有基本上比该第一材料或多种材料更硬的涂层，其特征在于该涂层具有基本上平行于该切割刃的涂覆侧的层状或片状的微结构。
根据本发明的第二方面，它提供一种制造自磨锐切割工具的方法，该方法包括如下步骤：
i)提供由第一材料或多种材料构成的切割刃；
ii)用基本上比该第一材料或多种材料更硬的涂层来仅涂覆该切割刃的一侧；
其特征在于，该涂层具有基本上平行于该切割刃的涂覆侧的层状或片状的微结构。
具有层状或片状的微结构的涂层与公知切割刃的涂层相比表现出不同的性能。当刀片基底材料受磨损而不能对所有涂层提供充分支撑时，涂层的微颗粒将脱离层状或片状的结构图案。这样在刀片刀刃上留下薄涂层，从而可增强刀刃锋利度。这种层状或片状的微结构也允许在涂层厚度内变得锋利，从而可得到比实际涂层更锋利的刀刃。这种刀刃是光滑的并且类似于解剖刀，从而可进行光滑清晰的切割，不象类锯齿刀片那样通过撕裂或割裂来切割材料。
通过对切割工具磨损的比较试验和分析，本申请人发现层硬度基本上高于其它层硬度的涂层的层状或片状的结构可更进一步地提高刀刃锋利度。这种涂层结构可通过公知的变锋利方法在涂层厚度内形成斜边或多个斜边，因此刀刃半径可降低到基本上小于涂层厚度。这种涂层结构可进一步形成切割刃，从而在涂层厚度内表现出自磨锐。与涂层内的最硬层相比，较低硬度的涂层(或多层)首先磨损时将发生这种现象。因此最硬层突出于该涂层并形成均匀的锋利切割刃。由于涂层是连续的并且沿着工具的刀刃设置，所以该切割刃是连续均匀的，从而可提供光滑的切割功能。持续的磨损将通过层状的涂层保持刀刃的锋利度。
这种涂层可以包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。碳化钨混合物是指WC、W2C、W3C和W12C中的两种或多种的混合物。
该涂层可以包括多层涂层，该涂层的最上层包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。
该涂层可以包括多层涂层，其包括不同硬度的层，这些不同硬度的层中的至少一层是最硬层。
该涂层可以包括多层涂层，其包括不同硬度的层，其最硬层包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。
该最硬层可以是涂层的最上层、中间层或基底层。
该涂层可以包括钨层、碳化钨层和/或钨与熔合有含量为0.0005～0.5wt％的氟的碳化钨的混合物层。
该涂层可以包括钨层和碳化钨层，其基本上或者完全不含金属钨，且熔合有含量为0.0005～0.5wt％的氟。
该涂层可以包括钨基底层。
该多层涂层的层可以按硬度从切割刃到涂层的最上层依序增大的顺序设置。
该涂层或其最上层相对于硬质合金的摩擦系数为0.3或更小。
该涂层可通过化学气相沉积法在真空室中制备，其压力低于大气压，温度高于350℃，优选为450℃～550℃。
该涂层总厚度可以为1～25微米，优选为3～12微米。
该涂层的暴露表面的粗糙度Ra可为0.8微米或更小，优选为0.5微米或更小。
该涂层或其最上层的显微硬度至少为2000kG/mm2，优选至少为2500kG/mm2，更优选至少为2900kG/mm2。
本申请人对各种涂层厚度进行了实验，结果表明为实现自磨锐作用，涂层必须足够厚，优选至少为1～2或可能为3微米。另一方面，涂层厚于15-25微米通常不能提供充分的锋利度。因此最佳的涂层厚度是在上述厚度范围内。
本申请人还发现具有较低摩擦系数的涂层和具有光滑表面的涂层在切割时可加速刀片移动，并有助于光滑切割功能和切割质量。这表明其特别适用于切割柔软和不耐用的材料，如易于因撕裂或割裂而受损的薄纸。
本发明也可应用于相关的各种类型的刀具或切割工具中，例如普通家用刀具、工业中用于切割纸的圆形旋转刀具、闸刀型刀具及各种形状的切割工具。本发明可用于相关的用于切割金属、木材和/或塑料以及其它的工具中，其中包括锯、刨子、钻子和其它机械工具。
刀片可以制成双斜边刀片或单斜边刀片。在单斜边刀片的情况下，该涂层形成在平面上或在刀片的斜边侧，在双斜边刀片的情况下，可以涂覆刀片的任一侧。
各种涂覆技术可用来沉积涂层材料，其中包括化学气相沉积法(CVD)。
WO 00/47796中所述的CVD钨和碳化钨涂层已被本申请人用来制备刀片上的硬涂层。当被涂覆到钢上时，这种涂层一般包括通常由镍、铜或其它金属(优选耐氟)构成的内部亚层，金属钨层及含有碳化钨的更硬的层。这种涂层可通过CVD法从含有六氟化钨(WF6)、氢气(H2)和含碳无氧气体(例如丙烷(C3H8))所成的气体混合物制备，其操作温度为350℃～650℃，优选为400℃～550℃。本方法的优点是使用无氧前体，尤其是使用新型的热预活化的含碳气体(如WO 00/47796中所述)，其使得形成的涂层具有极致密的微晶结构和增强的硬度。含碳气体的热预活化可有效地控制涂层成份，并用于制备单相碳化钨及其混合物，包括仅由碳化钨构成而不含金属钨的涂层，从而提供增强的硬度。这种涂层相成分已用X-射线衍射分析来进行分析。对在CVD炉中进行的方法的广泛实验和分析表明涂层的相成分基本上取决于热预活化的温度(例如500℃～850℃)、烃气体的分压及反应器中的总压力(0.1-150kPa)。
烃的初步活性导致烃基团及其相应的气相氟在大范围内形成所需的浓度。如WO 00/47796中所述的方法可以将碳化物和/或其混合物与氟和氟碳成分熔合。氟作为最活性的化学元素当其进入碳化物晶格时可以加强原子间的键。而正是碳化物原子间的键的增强导致了硬度的提高。
除了熔合作用外，活性氟及氟碳成分形成沉积物，该沉积物是微层非柱状结构，由于熔合的不均匀性各层有不同的硬度。
厚度为1微米～25微米，硬度为25Gpa～40GPa的涂层被涂覆。WO00/47796中所述的CVD法可以制得硬度逐层不同的层状涂层结构，这对于实现自磨锐作用是特别有利的。涂层优选具有较低的摩擦系数，典型地相对于硬质合金(WC/Co)低于0.3。为表征涂层参数进行了广泛的实验，从而提供了本发明的优点，这些参数包括涂层结构、厚度、硬度和摩擦系数。
本发明优选实施方案的切割工具可用如下基底材料之一制造：被称为硬质合金的硬合金；陶瓷如碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、碳-碳成分材料等；各种含铁合金如铁、碳钢、不锈钢、工具钢和高速钢、铸铁；或下列其它材料：铜、银、金、钴、镍、硅、钽、铌、钒、钨、钼、碳、硼及其合金、化合物或混合物、以及钛合金。
如果切割工具由化学活性基底材料制成，如铁、碳钢、不锈钢、工具钢、高速钢、铸铁、和钛合金等，那么优选的是沉积含有如下对氟化氢具化学耐性的材料作为中间涂层，如：铜、银、金、钴、镍、铑、铼、铂、铱、钽、钼、铌、钒和硼。中间涂层的厚度为0.1-15微米，优选为0.5-5微米，可以通电化学或化学沉积水溶液、熔融电解、化学或物理气相沉积(例如磁喷涂)或其它方法来进行沉积。
带有优选为镍、铜或硼的中间涂层的切割工具被置于CVD反应炉中，首先沉积钨内层，然后沉积主要由碳化钨或其混合物或钨与碳的混合物组成的涂层。CVD涂层的总厚度可以是1微米～25微米，内层与外层的厚度比例范围为1∶1～1∶600。
在切割刃的一侧沉积涂层后，可通过研磨或其它技术使得另一侧更加锋利。这样，刀刃由硬涂层和通常是钢的基底刀片材料形成。在使用时，基底刀片材料因磨损被除去，从而留下硬涂层的薄层。当基底刀片材料不足以支撑硬涂层时，涂层的微小片将断裂，然后通常形成层状图案的涂层结构。这便得到了光滑的类似于解剖刀的锋利刀片刀刃，而较厚的涂层或柱状结构的涂层不能实现此目的。这种刀片在实用中增强了刀刃的锋利度。
可选择地或附加地，为进一步提高切割功能，刀片的涂覆侧可进行抛光或打磨，从而除去涂覆表面上的粗糙物，否则粗糙物会刮伤被切割的材料。这种额外的抛光或打磨可沿切割刃方向进行，从而经抛光的刀片能够光滑地移动，以减小切割所用的外力。
在用刀片切割易损伤的柔软材料时(例如切割卫生纸时)，使用本发明制造的具有增强锋利度的光滑的类似于解剖刀的刀片的刀刃是特别有利的。本申请人也已发现为得到类似于解剖刀的刀片，磨锐的方法应该包括用锋利工具沿切割刃移动以去除涂层或基底材料的毛刺(burrs)和突出区域的整修或磨锐阶段。
为更好地理解本发明并显示其怎样起作用，现在将结合下面的实施例和附图进行说明，其中：
图1是表明带有各种涂层的刀具的切割性能的图表。
实施例
下面的实施例具体表明涉及CVD涂层的本发明。然而，因为其它方法也可以具有所需要的性能，所以这些实施例并不是要将本发明的范围限制于那些具体的方法，
实施例1
一系列试验刀片由具有如下规格的马氏体不锈钢制得：
0.35％碳
12.5％铬
硬度：54Rc
尺寸：120mm×25mm，基本刃角为15°/侧。
这些刀片随后用Hardide仅在其一侧涂覆，如下：
刀片          涂层         厚度/μm      涂层硬度
                                         /kG/mm2
5&6       HardideH(硬)      5         3100
7&8       HardideH(硬)     10         3100
9&10      HardideM(多层)   12         2100
Hardide-H涂层包括厚为0.5微米的金属钨亚层及厚为5或10微米的W2C层。Hardide-M包括厚为0.5微米的金属钨亚层、厚为10微米的含碳金属钨层及厚为2微米的最硬上层W2C。
然后在320粗沙油石(grit oil stone)上利用精确刀片打磨夹具以20°的角度对刀片的末被涂覆侧进行打磨。
评估方法：
用ISO 8442.5标准对刀片进行锋利度和寿命的切割试验。将刀片固定于指定的ISO切割试验机中，使刀片切割10mm宽的马尼拉纸(manila)卡片带。该卡片包括95％的纤维素纤维，其余(balance)为二氧化硅。后者的作用是提高切割中的磨损速率。刀片在50N的载荷下以50mm/秒的速度在40mm的距离上前后循环。记录每次循环切下的卡片量，用以测量刀片锋利度。所有的刀片开始都进行60次循环。
在开始的60次循环后，检测结果，然后将刀片5和刀片7进一步循环至总计为1060次循环。
上述结果列于表1和图1中。为进行比较，其中同时显示了15/20微米的Co/WC喷涂涂层和标准马氏体不锈钢刀片的常见数据。
表1
    刀片 初始锋利度   60次循环后的锋利度   60次的总值   1060次的总值
5(5μm H)     12     20.9     1212     16897
7(10μm H)     26.3     27.9     1603     22233
9(12μm M)     31.4     26.7     1715     --
Co/WC     18     17     1050     15000
标准马氏体不锈钢刀片     40     3     647     --
各种刀片的寿命性能表明Hardide-H涂层和多层涂层在刀刃保持方面都表现很好。硬涂层可对刀片产生自磨锐作用，因为它们的锋利度随切割次数而增加：附图1的曲线b5和b7表明切割深度随切割次数的增长。
随着刀刃基底金属侧的磨损，涂层的尖端开始暴露，从而逐渐使刀片锋利。然而，一段时间后，涂层会部分地损坏，而留下断裂或钝的尖端或刀刃。然后自磨锐过程在大量循环中自动重复。
将这些结果与其它涂层比较，例如与普通的WC/Co喷涂涂层相比，Hardide涂层在锋利度方面表现更好。公知的是带有碳化钨/钴涂层的厚度约为18/20μm的厨用刀具仅能得到约18-20mm的第一切割锋利度，并大约保持在相同水平，而带有Hardide涂覆的刀具可得到更好的开始锋利度，并在试验时间内保持较高水平。
实施例2
将一系列由不锈钢制得的9个家用刀具用CVD涂层涂覆，其由镍层、钨层和碳化钨层组成。将刀具置于真空室内，使得每个刀具的一侧被涂覆。形成的这种涂层具有三个不同的厚度：3个刀片带有6微米厚的涂层，3个刀片带有9微米厚的涂层，3个刀片带有13微米厚的涂层。刀片的另一侧通过打磨变锋利，包括用锋利工具沿切割刃移动以除去涂层和钢的毛刺(burrs)和突出部分的刀刃整修。形成的涂层其对WC/Co的摩擦系数为0.2。
通过在试验台上利用固定载荷反复运动来切割50mm厚的纸板块对刀具进行试验，同时记录切割纸板块所需的冲击(stroke)次数。
所有的试验刀具在约5次循环后切掉纸板的第一块，并通常能够保持这种循环次数，而在切掉100块后逐渐降低。相比而言，标准未涂覆的刀具在约2-3次循环后切掉第一块，但当切掉第5块时循环次数增加到70-100次，这是因为刀刃极快变钝。
此试验证明这种涂层可提供自磨锐切割刃。
实施例3
将两个圆形旋转刀具用CVD涂层涂覆，其由镍层、钨层和碳化钨层组成。将圆形刀具置于真空室内，使得刀具的一侧在一个例子中涂覆5微米的涂层，而在另一个例子中涂覆10微米的涂层。涂层的显微硬度是3700Hv。通过整修刀刃并打磨刀刃的另一侧使圆形刀具变得锋利，用显微镜观察刀刃表明其是光滑的并具有锋利的类似于解剖刀的刀刃。
试验的刀具表现出增强的切割功能，而不会损伤被切割的材料(卫生纸)。标准刀片通常每12小时被更换以进行重新变锋利。Hardide涂覆的刀片可连续使用10周而不需要重新变锋利，因而它们的锋利度和易切割功能使其适于这种苛刻的应用。对刀片的连续操作增加超过100倍，这正是由于刀片自磨锐作用。
实施例4
用切割工具从塑料(聚乙烯)的固体块切割聚乙烯薄膜的方法被称为削皮，这种切割工具由工具钢制成，其中工具钢是长条形并带有一个或两个用于形成锋利切割刃的角。由于材料和过程的研磨性质，这种工具每天必须更换几次以重新变锋利，生产中的任何刀片最久能够持续约1天。除了极快变钝外，由于塑料块中的杂质的原因，传统的刀片易于使切割刃带缺口。
用CVD碳化钨涂覆4个切割工具长条的平面侧，涂层厚度为1.5微米～8微米。涂层的显微硬度为3600Hv，对WC/Co的摩擦系数为0.2。
试验持续7个月，在整个试验期内Hardide涂覆的工具仅有一次重新变锋利，并且没有使用其它的切割工具。此试验表明该工具的锋利度至少比普通工具寿命长70倍。
实施例5
用CVD碳化钨涂覆刨子刀片，使得刀片的平面侧带有硬涂层。刀片的另一侧(即斜边侧)被磨锐。
该刨子在试验终止前的操作时间内保持了刀片锋利度，这段时间超过标准刀片需变锋利前的操作时间的3倍。可以预期到涂覆的刀片可以在更久的操作时间内保持其锋利度。
实施例6
用多层CVD碳化钨涂覆由工具钢制成的金属切割工具的切割刃的一侧。涂层由1微米的镍亚层、0.5微米的钨层、紧接着是交替的约1.5微米厚的碳化钨层和约0.5微米厚的钨层，直至涂层的总厚度达到10微米。涂层对WC/Co的摩擦系数为0.2。
用此工具切割铝，试验表明此工具具有增强的切割质量、对铝屑的粘性降低，并且此工具保持锋利比普通未涂覆工具长至少4倍。然后终止试验，但是可以预期到涂覆的工具能够继续切割铝，同时由于涂层的存在而保持锋利，从而确保增强切割质量。
本发明优选的特征可用于本发明所有的方面，并可以任何可能的组合来使用。
在全文的说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”和“contain(含有)”及其变体，如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”，均指“包括但不限于”，并且不意图(也不)排除其它元件、整体、部分、添加物或步骤。

Claims (36)

1.一种自磨锐切割工具，其切割刃由第一材料或多种材料构成，所述切割刃仅在其一侧用基本上比所述第一材料或多种材料更硬的涂层来涂覆，其特征在于所述涂层具有基本上平行于所述切割刃的涂覆侧的层状或片状的微结构。
2.如权利要求1所述的工具，其中所述涂层包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。
3.如权利要求1所述的工具，其中所述涂层是多层涂层，所述涂层的最上层包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。
4.如前述任一项权利要求所述的工具，其中所述涂层是多层涂层，其包括不同硬度的层，所述不同硬度的层中的至少一层是最硬层。
5.如权利要求1所述的工具，其中所述涂层是多层涂层，其包括不同硬度的层，其中最硬层包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。
6.如权利要求4或5所述的工具，其中所述最硬层是所述涂层的最上层。
7.如权利要求4或5所述的工具，其中所述最硬层是所述涂层的中间层。
8.如权利要求4或5所述的工具，其中所述最硬层是所述涂层的基底层。
9.如权利要求4～8中任一项所述的工具，其中所述涂层包括钨层、碳化钨层和/或钨与熔合有含量为0.0005～0.5wt％的氟的碳化钨的混合物层。
10.如权利要求4～8中任一项所述的工具，其中所述涂层包括钨层和碳化钨层，其基本上或者完全不含金属钨，且熔合有含量为0.0005～0.5wt％的氟。
11.如权利要求4～7和从属于权利要求4～7中的任一项的权利要求9或10中的任一项所述的工具，其中所述涂层包括钨基底层。
12.如权利要求3、4或5所述的工具，其中所述层按硬度从所述切割刃到所述涂层的最上层依序增大的顺序排列。
13.如前述任一项权利要求所述的工具，其中所述涂层或其最上层相对于WC/Co的摩擦系数为0.3或更小。
14.如前述任一项权利要求所述的工具，其中所述涂层通过化学气相沉积法在真空室中制备，其压力低于大气压，温度高于350℃，优选为450℃～550℃。
15.如前述任一项权利要求所述的工具，其中所述涂层总厚度为1～25微米，优选为3～12微米。
16.如前述任一项权利要求所述的工具，其中所述涂层的暴露表面的粗糙度Ra为0.8微米或更小，优选为0.5微米或更小。
17.如前述任一项权利要求所述的工具，其中所述涂层或其最上层的显微硬度至少为2000kG/mm2，优选至少为2500kG/mm2，更优选至少为2900kG/mm2。
18.如前述任一项权利要求所述的工具，其中将所述涂层的暴露表面在基本上平行于所述切割刃的涂覆表面的方向上进行抛光或打磨。
19.一种制造自磨锐切割工具的方法，所述方法包括如下步骤：
i)提供由第一材料或多种材料制成的切割刃；
ii)用基本上比所述第一材料或多种材料更硬的涂层来仅涂覆所述切割刃的一侧；
其特征在于，所述涂层具有基本上与所述切割刃的涂覆侧平行对齐的层状或片状的微结构。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述涂层包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述涂层是多层涂层，所述涂层的最上层包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。
22.如权利要求19～21中任一项所述的方法，其中所述涂层是多层涂层，其包括不同硬度的层，所述不同硬度的层中的至少一层是最硬层。
23.如权利要求19所述的方法，其中所述涂层是多层涂层，其包括不同硬度的层，其最硬层包括碳化钨或者碳化钨混合物，其基本上或完全不含金属钨。
24.如权利要求22或23所述的方法，其中所述最硬层是所述涂层的最上层。
25.如权利要求22或23所述的方法，其中所述最硬层是所述涂层的中间层。
26.如权利要求22或23所述的方法，其中所述最硬层是所述涂层的基底层。
27.如权利要求22～26中任一项所述的方法，其中所述涂层包括钨层、碳化钨层和/或钨与熔合有含量为0.0005～0.5wt％的氟的碳化钨的混合物层。
28.如权利要求22～26中任一项所述的方法，其中所述涂层包括钨层和碳化钨层，其基本上或者完全不含金属钨，且熔合有含量为0.0005～0.5wt％的氟。
29.如权利要求22～25和从属于权利要求22～25中的任一项的权利要求27或28中的任一项所述的方法，其中所述涂层包括钨基底层。
30.如权利要求21、22或23所述的方法，其中所述层按硬度从切割刃到涂层的最上层依序增大的顺序排列。
31.如权利要求19～30中任一项所述的方法，其中所述涂层或其最上层相对于WC/Co的摩擦系数为0.3或更小。
32.如权利要求19～31中任一项所述的方法，其中所述涂层通过化学气相沉积法在真空室中制备，其压力低于大气压，温度高于350℃，优选为450℃～550℃。
33.如权利要求19～32中任一项所述的方法，其中所述涂层总厚度为1～25微米，优选为3～12微米。
34.如权利要求19～33中任一项所述的方法，其中在涂覆后所述涂层的暴露表面的粗糙度Ra为0.8微米或更小，优选为0.5微米或更小。
35.如权利要求19～34中任一项所述的方法，其中所述涂层或其最上层的显微硬度至少为2000kG/mm2，优选至少为2500kG/mm2，更优选至少为2900kG/mm2。
36.如权利要求19～35中任一项所述的方法，其中在涂覆涂层后，将所述涂层的暴露表面在基本上平行于所述切割刃的涂覆表面的方向上进行抛光或打磨。
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