CN210261965U

CN210261965U - 涂层刀具

Info

Publication number: CN210261965U
Application number: CN201920566149.4U
Authority: CN
Inventors: 李玉强; 谭秋虹
Original assignee: Beijing Worldia Diamond Tools Co ltd
Current assignee: Beijing Worldia Diamond Tools Co ltd
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2029-04-23

Abstract

本实用新型提供了一种涂层刀具。其中，涂层刀具包括基材和复合涂层，复合涂层设置在基材的表面上，沿远离基体表面的方向，复合涂层依次包括过渡涂层、硬涂层和润滑涂层，硬涂层用于增强涂层刀具的硬度，润滑涂层用于减少涂层刀具与待切削工件之间的摩擦力；其中，过渡涂层用于去除基材表面的氧化物，便于将硬涂层附着在过渡涂层上。本实用新型的技术方案解决了现有技术中的涂层刀具使用性能差的问题。

Description

涂层刀具

技术领域

本实用新型涉及刀具技术领域，具体而言，涉及一种涂层刀具。

背景技术

随着加工制造业的快速发展以及社会需求的扩大，出现了一些难以加工的新材料，使得加工企业对切削刀具的要求越来越高。涂层刀具因其具有良好的机械加工性能和低廉的价格，被广泛应用在机械加工中。

但现有技术中的涂层刀具通常采用单一涂层，导致现有技术中的涂层刀具存在使用性能差的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种涂层刀具，以解决现有技术中的涂层刀具使用性能差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种涂层刀具，包括：基材；复合涂层，复合涂层设置在基材的表面上，沿远离基体表面的方向，复合涂层依次包括：过渡涂层；硬涂层，硬涂层用于增强涂层刀具的硬度；润滑涂层，润滑涂层用于减少涂层刀具与待切削工件之间的摩擦力；其中，过渡涂层用于去除基材表面的氧化物，便于将硬涂层附着在过渡涂层上。

进一步地，硬涂层由具有Er元素的材料制成。

进一步地，硬涂层为AlTiErN涂层和/或TiSiErN涂层。

进一步地，硬涂层包括多层子硬涂层。

进一步地，硬涂层包括两层子硬涂层，靠近过渡涂层的子硬涂层为AlTiN涂层，靠近润滑涂层的子硬涂层为TiSiErN涂层。

进一步地，AlTiN涂层的涂层厚度为0.2μm～0.4μm，TiSiErN涂层的厚度为0.4μm～1μm。

进一步地，过渡涂层的厚度为0.02μm～0.05μm，润滑涂层的厚度为0.2μm～0.4μm。

进一步地，过渡涂层为Cr涂层和/或Ti涂层。

进一步地，润滑涂层为TiN涂层和/或CrN涂层。

应用本实用新型的技术方案，设计了一种具有复合涂层的涂层刀具，从而改善了涂层刀具的使用性能，具体来说，沿远离基体表面的方向，复合涂层依次包括过渡涂层、硬涂层和润滑涂层，其中，过渡涂层用于去除基材表面的氧化物，活化工件表面，促进复合涂层的形成和附着，便于将硬涂层附着在过渡涂层上；硬涂层用于增强涂层刀具的硬度，由于过渡涂层设置在基材和硬涂层之间，提升了硬涂层与基材之间的结合强度，能够避免硬涂层在使用过程中脱落；润滑涂层用于减少涂层刀具与待切削工件之间的摩擦力，润滑涂层能够避免涂层刀具与待切削工件接触时发生崩刀等问题。因此，本申请提供的涂层刀具具有良好的使用性能和使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种可选实施例的涂层刀具的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基材；20、复合涂层；21、过渡涂层；22、硬涂层；221、子硬涂层；23、润滑涂层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有技术中的涂层刀具存在使用性能差的问题，本实用新型提供了一种涂层刀具。

如图1所示，涂层刀具包括基材10和复合涂层20，复合涂层20设置在基材10的表面上，沿远离基体表面的方向，复合涂层20依次包括过渡涂层21、硬涂层22和润滑涂层23，过渡涂层21用于去除基材10表面的氧化物，便于将硬涂层22附着在过渡涂层21上，硬涂层22用于增强涂层刀具的硬度，润滑涂层23用于减少涂层刀具与待切削工件之间的摩擦力。

在本申请的实施例中，设计了一种具有复合涂层20的涂层刀具，从而改善了涂层刀具的使用性能，具体来说，沿远离基体表面的方向，复合涂层20依次包括过渡涂层21、硬涂层22和润滑涂层23，其中，过渡涂层21用于去除基材10表面的氧化物，活化工件表面，促进复合涂层20的形成和附着，便于将硬涂层22附着在过渡涂层21上；硬涂层22用于增强涂层刀具的硬度，由于过渡涂层21设置在基材10和硬涂层22之间，提升了硬涂层22与基材10之间的结合强度，能够避免硬涂层22在使用过程中脱落；润滑涂层23用于减少涂层刀具与待切削工件之间的摩擦力，润滑涂层23能够避免涂层刀具与待切削工件接触时发生崩刀等问题。因此，本申请提供的涂层刀具具有良好的使用性能和使用寿命。

可选地，过渡涂层21为Cr涂层。Cr涂层具有高硬度、防氧化和高耐磨性的优点。

可选地，过渡涂层21为Ti涂层。Ti涂层具有良好的粘结性、高耐磨性和高耐腐蚀性的优点。

可选地，过渡涂层21为Cr涂层和Ti涂层交替形成的Cr/Ti涂层。

可选地，过渡涂层21的厚度为0.02μm～0.05μm。

可选地，硬涂层22为AlTiN涂层和/或TiSiN涂层。AlTiN涂层具有高硬度、高耐热性和高韧性，TiSiN涂层具有极高的耐热性，适合硬切削，加工硬度可达65HRC。

可选地，硬涂层22包括由不同材料制成的多层子硬涂层221。

可选地，AlTiN涂层和/或TiSiN涂层交替沉积形成多层子硬涂层221。

可选地，硬涂层22的厚度为0.6μm～1.4μm。

可选地，润滑涂层23为TiN涂层。TiN涂层具有耐磨性好、减小摩擦系数和防止粘结的优点。

可选地，润滑涂层23为CrN涂层。CrN涂层具有低应力、高附着力、高韧性和高防腐性的优点。

可选地，润滑涂层23为TiN涂层和CrN涂层交替形成的TiN/CrN涂层。

可选地，润滑涂层23的厚度为0.2μm～0.4μm。

可选地，硬涂层22由具有Er元素的材料制成。本申请还优化了硬涂层22的材料，通过在涂层的材料中添加了稀土元素Er，来提升涂层刀具的性能和使用寿命。经试验表明，添加稀土元素Er具有细化晶粒、提高涂层的致密度、提高涂层的显微硬度、增强涂层的韧性、增强涂层的结合强度和增强涂层的热稳定性的作用。

可选地，硬涂层22为AlTiErN涂层和/或TiSiErN涂层。通过在AlTiN涂层和/或TiSiN涂层中添加Er元素，来提升两个子硬涂层221之间的结合强度。

可选地，硬涂层22包括多层子硬涂层221，且多层子硬涂层221中的至少一层子硬涂层221由具有Er元素的材料制成。

如图1所示，硬涂层22包括两层子硬涂层221，且靠近过渡涂层21的子硬涂层221为AlTiN涂层，靠近润滑涂层23的子硬涂层221为TiSiErN涂层。

可选地，AlTiN涂层的涂层厚度为0.2μm～0.4μm，TiSiErN涂层的厚度为0.4μm～1μm。

在图1示出的可选实施例中，沿远离基材10表面的方向，复合涂层20依次包括Ti/Cr过渡涂层、AlTiN硬涂层、TiSiErN硬涂层和TiN/CrN润滑涂层。本申请提供的涂层刀具具有硬度高、化学性能稳定和耐热耐氧化等优点，对待切削工件进行切削时的切削速度、加工精度和使用寿命均有提升。

需要说明的是，本申请提供的涂层刀具的涂层种类不限于上述列举的涂层种类，只要能够实现其对应的功能即可。

本申请利用多弧离子镀膜机制备上述的涂层刀具，其中，多弧离子镀膜机用于将复合涂层20沉积在基材10上，还用于对复合涂层20的外表面进行刻蚀处理，以降低复合涂层20外表面的表面粗糙度。这样，在利用多弧离子镀膜机将复合涂层20沉积在基材上之后，不将沉积了复合涂层20的基材10由多弧离子镀膜机中取出，而是直接利用多弧离子镀膜机对附着在基材10上的复合涂层20的表面进行刻蚀，解决了多弧离子镀膜机沉积形成的复合涂层20的外表面存在液滴现象的问题，从而得到涂层表面质量较好和表面粗糙度较小的涂层刀具，由于不需要增加后处理装置，能够降低涂层刀具的生产成本，由于不需要将涂层刀具取出进行后处理，能够提升涂层刀具的生产效率。

可选地，碳氢清洗机设置在多弧离子镀膜机的上游，用于对基材10的表面进行清洗干燥处理。这样，利用碳氢清洗机对基材10的表面进行清洗，除去其表面的油污，从而便于复合涂层20附着在基材10上，有利于提升涂层刀具的质量。

本申请制备而成的涂层刀具具有表面质量好、光泽度好、硬度高、化学性能稳定和耐热耐氧化等优点，对待切削工件进行切削时的切削速度、加工精度和使用寿命均有提升。本申请提供的涂层刀具可应用于淬火钢等高硬度难切削材料的切削加工，提高了刀具的使用寿命和材料切削加工的质量。本申请提供的涂层刀具具有较大的应用范围，对切削加工技术的发展有着重大的意义。

在利用多弧离子镀膜机制备涂层刀具时，包括如下步骤：步骤S10，利用多弧离子镀膜机将涂层沉积在基材10上；步骤S20，控制多弧离子镀膜机的炉腔处于真空状态，对涂层的表面进行刻蚀处理，以降低涂层外表面的表面粗糙度。这样，在利用多弧离子镀膜机将涂层沉积在基材10上之后，不将沉积涂层的基材10由多弧离子镀膜机中取出，而是直接利用多弧离子镀膜机对附着在基材10上的涂层的表面进行刻蚀，解决了多弧离子镀膜机沉积形成的涂层表面存在液滴现象的问题，从而得到涂层表面质量较好和表面粗糙度较小的涂层刀具，由于不需要增加后处理装置，能够降低涂层刀具的生产成本，由于不需要将涂层刀具取出进行后处理，能够提升涂层刀具的生产效率。

具体地，在步骤S20中，控制多弧离子镀膜机的炉腔处于真空状态，向炉腔内通入预定流量的惰性气体，在预定偏压的条件下对该惰性气体进行电离，电离产生的离子对涂层的表面进行刻蚀处理，以降低涂层外表面的表面粗糙度。由于惰性气体性能比较稳定，不会与涂层材料发生反应，也不会生成杂质相，从而保证了涂层成分的稳定，同时气体刻蚀比较温和，不会产生较大的应力。通过本申请提供的涂层刀具的制备及涂层表面处理方法得到的涂层刀具具有表面质量好、表面粗糙度小、光泽度好、既美观又耐腐蚀的优点。

具体地，在步骤S20中，控制多弧离子镀膜机的炉腔处于真空状态，向炉腔内通入预定流量的Ar，在预定偏压的条件下对Ar进行电离，电离产生的Ar+对涂层的表面进行刻蚀处理，以降低涂层外表面的表面粗糙度。

可选地，在步骤S20中，对炉腔进行抽真空处理并使炉腔内的真空度为1.33Pa～3.99Pa；向炉腔内通入流量为80ml/min～150ml/min的Ar；在偏压为400V～600V的条件下对Ar进行电离，电离产生的Ar+对涂层的表面进行刻蚀处理，以降低涂层表面的表面粗糙度。

可选地，过渡涂层21为Cr涂层和/或Ti涂层，润滑涂层23为TiN涂层和/或CrN涂层，硬涂层22包括两层子硬涂层221，靠近过渡涂层21的子硬涂层221为AlTiN涂层，靠近润滑涂层23的子硬涂层221为TiSiErN涂层。利用上述的涂层刀具的制备及涂层表面处理方法对该涂层刀具进行生产时，步骤S10包括如下步骤：步骤S11，安装Cr靶材和/或Ti靶材，通入Ar，在基材10上沉积Cr涂层和/或Ti涂层；步骤S12，安装TiAl靶材，通入N₂，在基材10上沉积AlTiN涂层；步骤S13，安装含有Er的SiTi靶材，通入N₂，在基材10上沉积TiSiErN涂层；步骤S14，安装Cr靶材和/或Ti靶材，通入N₂，在基材10上沉积CrN涂层和/或TiN涂层。

可选地，控制总体沉积温度为400℃～550℃；在步骤S11中，控制涂层偏压为600V～1000V，控制电弧电流为50A～100A，通入Ar的流量为40ml/min～90ml/min，沉积时间为15min～25min，沉积的Cr涂层和/或Ti涂层的厚度为0.02μm～0.05μm；在步骤S12中，TiAl靶材的质量分数比为Ti：Al＝40/60，控制涂层偏压为30V～50V，通入N₂的流量为80ml/min～120ml/min，控制炉腔内压强为1Pa～5Pa，控制电弧电流为100A～150A，沉积的AlTiN涂层的厚度为0.2μm～0.4μm；在步骤S13中，安装含有0.5wt％Er～3wt％Er的SiTi靶材，且SiTi靶材的质量分数比为Si：Ti＝20/80，控制涂层偏压为30V～50V，通入N₂的流量为80ml/min～120ml/min，控制炉腔内压强为1Pa～5Pa，控制电弧电流为100A～150A，沉积的TiSiErN涂层的厚度为0.4μm～1μm；在步骤S14中，控制涂层偏压为30V～50V，通入N₂的流量为80ml/min～120ml/min，控制炉腔内压强为1Pa～5Pa，控制电弧电流为100A～150A，沉积的CrN涂层和/或TiN涂层的厚度为0.2μm～0.4μm。

本申请提供的涂层刀具的制备及涂层表面处理方法前期利用Ti/Cr靶轰击，后期利用Ar刻蚀，得到的涂层刀具的涂层表面的粗糙度要小，光泽度要好。

本申请的实施例还提供了一种涂层刀具，包括基材10和涂层，涂层设置在基材10的表面上，涂层包括由具有Er元素的材料制成的硬涂层22。

在本申请的一些实施例中，还优化了涂层的材料，通过在涂层的材料中添加了稀土元素Er，来提升涂层刀具的性能和使用寿命。添加稀土元素Er具有细化晶粒、提高涂层的致密度、提高涂层的显微硬度、增强涂层的韧性、增强涂层的结合强度和增强涂层的热稳定性的作用。

可选地，硬涂层22包括多层子硬涂层221，多层子硬涂层221中的至少一层由具有Er元素的材料制成。

可选地，具有Er元素的材料为AlTiErN或TiSiErN。

可选地，涂层的厚度为0.8μm～1.8μm。

可选地，涂层为复合涂层20，复合涂层20还包括过渡涂层21，过渡涂层21设置在基材10和硬涂层22之间，过渡涂层21用于去除基材10表面的氧化物，便于将硬涂层22附着在过渡涂层21上，硬涂层22用于增强涂层刀具的硬度。

可选地，涂层为复合涂层20，复合涂层20还包括润滑涂层23，润滑涂层23设置在硬涂层22上，润滑涂层23用于减少涂层刀具与待切削工件之间的摩擦力，润滑涂层23能够避免涂层刀具与待切削工件接触时发生崩刀等问题。

可选地，涂层为复合涂层20，沿远离基材10表面的方向，复合涂层20依次包括过渡涂层21、硬涂层22和润滑涂层23。其中，过渡涂层21用于去除基材10表面的氧化物，活化工件表面，促进复合涂层20的形成和附着，便于将硬涂层22附着在过渡涂层21上；硬涂层22用于增强涂层刀具的硬度，由于过渡涂层21设置在基材10和硬涂层22之间，提升了硬涂层22与基材10之间的结合强度，能够避免硬涂层22在使用过程中脱落；润滑涂层23用于减少涂层刀具与待切削工件之间的摩擦力，润滑涂层23能够避免涂层刀具与待切削工件接触时发生崩刀等问题。因此，本申请提供的涂层刀具具有良好的使用性能和使用寿命。

可选地，硬涂层22的厚度为0.6μm～1.4μm。

具体地，沿远离基材10表面的方向，复合涂层20依次包括Ti/Cr过渡涂层、AlTiN硬涂层、TiSiErN硬涂层和TiN/CrN润滑涂层。

可选地，Ti/Cr过渡涂层的厚度为0.02μm～0.05μm。

可选地，TiN/CrN润滑涂层的厚度为0.2μm～0.4μm。

本申请提供的涂层刀具具有表面质量好、光泽度好、硬度高、高致密、韧性好、化学性能稳定和耐热耐氧化等优点，对待切削工件进行切削时的切削速度、加工精度和使用寿命均有提升。本申请提供的涂层刀具可应用于淬火钢等高硬度难切削材料的切削加工，提高了刀具的使用寿命和材料切削加工的质量。本申请提供的涂层刀具具有较大的应用范围，对切削加工技术的发展有着重大的意义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种涂层刀具，其特征在于，包括：

基材(10)；

复合涂层(20)，所述复合涂层(20)设置在所述基材(10)的表面上，沿远离基体表面的方向，所述复合涂层(20)依次包括：

过渡涂层(21)；

硬涂层(22)，所述硬涂层(22)用于增强所述涂层刀具的硬度；

润滑涂层(23)，所述润滑涂层(23)用于减少所述涂层刀具与待切削工件之间的摩擦力；

其中，所述过渡涂层(21)用于去除所述基材(10)表面的氧化物，便于将所述硬涂层(22)附着在所述过渡涂层(21)上。

2.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于，所述硬涂层(22)由具有Er元素的材料制成。

3.根据权利要求2所述的涂层刀具，其特征在于，所述硬涂层(22)为AlTiErN涂层和/或TiSiErN涂层。

4.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于，所述硬涂层(22)包括多层子硬涂层(221)。

5.根据权利要求4所述的涂层刀具，其特征在于，所述硬涂层(22)包括两层子硬涂层(221)，靠近所述过渡涂层(21)的子硬涂层(221)为AlTiN涂层，靠近所述润滑涂层(23)的子硬涂层(221)为TiSiErN涂层。

6.根据权利要求5所述的涂层刀具，其特征在于，所述AlTiN涂层的涂层厚度为0.2μm～0.4μm，所述TiSiErN涂层的厚度为0.4μm～1μm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的涂层刀具，其特征在于，所述过渡涂层(21)的厚度为0.02μm～0.05μm，所述润滑涂层(23)的厚度为0.2μm～0.4μm。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的涂层刀具，其特征在于，所述过渡涂层(21)为Cr涂层和/或Ti涂层。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的涂层刀具，其特征在于，所述润滑涂层(23)为TiN涂层和/或CrN涂层。