專利名稱：有涂層的切削刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有涂層的切削刀具刀片，該刀片設(shè)置有位于最外面、薄且具有顏色的干涉色層。如這里所使用的術(shù)語“刀片”還指整體硬質(zhì)合金鉆頭以及端銑刀等。
背景技術(shù)：
涂覆有各種類型的硬質(zhì)涂層的硬質(zhì)合金切削刀具刀片已經(jīng)在市場上銷售多年。所述的涂層通常以多層結(jié)構(gòu)利用多個硬質(zhì)層例如TiC、Ti(C，N)、TiN和Al2O3等形成。仔細選擇所述各個層的順序和厚度以適應(yīng)不同的切削應(yīng)用和工件材料。最常使用化學(xué)氣相沉積(CVD)、中溫化學(xué)氣相沉積(MTCVD)或者物理氣相沉積(PVD)技術(shù)沉積所述的層。在某些較少的情形下，還使用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PACVD)。
用于涂覆刀片的CVD技術(shù)在相當(dāng)高的溫度，大約900-1000℃下施行。由于這種高的沉積溫度并且由于所沉積的涂覆材料和硬質(zhì)合金刀片之間在熱膨脹系數(shù)方面的差異，CVD技術(shù)產(chǎn)生的涂層具有冷卻裂紋和拉伸應(yīng)力。利用CVD技術(shù)，能夠沉積很多種硬質(zhì)的并且耐磨的涂覆材料，例如Al2O3、TiC、Ti(C，N)、TiN、Ti(C，N，O)和ZrO2。通過改變沉積條件，這些涂層的微觀結(jié)構(gòu)并且由此其性質(zhì)能夠相當(dāng)大程度地加以改變。
PVD技術(shù)則在相當(dāng)?shù)偷臏囟?，大約450-700℃下施行，并且在離子轟擊環(huán)境中進行，從而在涂層中導(dǎo)致高的壓應(yīng)力并且無冷卻裂紋。由于這些工藝的差別，與PVD涂覆的刀片相比，CVD涂覆的刀片比較脆并且由此具有較低的韌性。當(dāng)期望形成銳利的切削刃時，通常使用PVD涂層。
雖然這些涂層具有很好的技術(shù)特性，令人遺憾的是它們經(jīng)常具有灰暗的并且多少有些不美觀的外觀。因此，經(jīng)常沉積作為最外層的薄的、裝飾性的TiN層，以便賦予刀片一種美觀的金色色澤。如果刀片能夠具有不同的顏色以便指導(dǎo)終端用戶正確選擇用于特定加工操作的適當(dāng)?shù)燃壎⒎莾H用于裝飾性的原因，這當(dāng)然是非常有趣的。令人遺憾的是，適于這種目的的有色化合物的數(shù)目是有限的。同樣重要的是，所述色層對刀片的性質(zhì)不產(chǎn)生負(fù)面影響。該色層還應(yīng)該能夠在不將其它不需要的化合物引入反應(yīng)器中的情形下進行沉積。對于鉆頭和端銑刀，同樣重要的是，在重磨削之后能夠利用新的功能性耐磨層容易對它們進行再涂覆，而無需預(yù)先除去涂層。還重要的是，所獲得的顏色在一次上刀操作(charge)期間內(nèi)以及在不同上刀操作期間都是一致的。
GB1389140公開了對燒結(jié)的硬質(zhì)金屬切削刀片進行有色涂覆，即利用TiC層和至少一個TiN和/或TiCN的外層對刀片進行涂覆，所述外層的厚度不超過3μm。利用化學(xué)氣相沉積形成所述的涂層。
US5,700,569公開了一種有氧化鋁涂層的硬質(zhì)合金刀片，其具有改進的金屬切削應(yīng)用特性的。變化氧化鋁涂層的數(shù)目可以改變涂層刀片的顏色，從15層的綠色到32層的藍色。
JP-A-2001-341005公開了一種涂覆有TiCN層的刀片，該刀片具有依據(jù)其色度定義的顏色，即0＜a*＜10(紅色方向)、0＜b*＜20(黃色方向)以及亮度0＜L*＜100。a*、b*和L*坐標(biāo)作為CIELab系統(tǒng)的一部分在本領(lǐng)域是公知的，所述CIELab系統(tǒng)為設(shè)備獨立的均勻顏色空間，其中，顏色位于三維直角坐標(biāo)系內(nèi)。所述的三維是亮度(L*)、紅色度/綠色度(a*)和黃色度/藍色度(b*)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種切削刀片，其具有不同的顏色以便指導(dǎo)終端用戶正確選擇用于特定加工操作的適當(dāng)?shù)燃墶?br> 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種具有有色層的切削刀片，所述的層并對該刀片的技術(shù)性能不產(chǎn)生負(fù)面影響。
本發(fā)明的再一個目的在于提供一種具有有色層的切削刀片，所述的層易于被沉積。
本發(fā)明的再一個目的在于提供一種具有有色層的有涂層的鉆頭或者端銑刀，其在重新磨削之后易于對它們進行再涂覆，而無需預(yù)先除去涂層。
本發(fā)明還一個目的在于提供一種有色切削刀片，所述顏色在一次裝載(charge)內(nèi)以及在不同裝載之間是一致的。
根據(jù)本發(fā)明，利用最外的、薄的、透明的非氧化物層對切削本體上色，所述的層優(yōu)選為來自包括在元素周期表的IV、V或VI族的組中的金屬、Al、Si和B或其混合物的碳化物、氮化物或碳氮化物的層，優(yōu)選為Ti和/或Al的碳化物、氮化物或碳氮化物的層。所述層的厚度使得其利用干涉方法形成顏色，即，厚度＜0.5μm、優(yōu)選0.05-0.3μm、最優(yōu)選0.05-＜0.2μm。所述本體由燒結(jié)的硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、高速鋼、工具鋼或者例如立方氮化硼或金剛石等超硬材料制成。該本體為刀片、鉆頭、端銑刀、可更換的刀片等的形狀。
所述色層設(shè)置于功能性耐磨涂層的上面。優(yōu)選地，所述色層與厚度為0.1-5.0μm的TiN層相接觸。
所述色層還可以是唯一的層。
在一個優(yōu)選實施例中，所述的色層為(Ti，Al)N，更具體地說為TixAl1-xN，其中0.1＜x＜0.9，優(yōu)選0.4＜x＜0.7，最優(yōu)選0.4＜x＜0.6。
優(yōu)選所述層是藍色的，其中-20＜a*＜0、-40＜b*＜0并且0＜L*＜95。在一個優(yōu)選實施例中，-20＜a*＜-10。在另一個優(yōu)選實施例中，-40＜b*＜-20。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述刀片為整體硬質(zhì)合金鉆頭或者整體硬質(zhì)合金端銑刀。
利用PVD技術(shù)，優(yōu)選利用磁控濺射或者陰極電弧蒸發(fā)沉積所述的層。所述的層易于在現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備中以與功能性耐磨層相同的裝置進行沉積。
所述的色層還可利用PACVD工藝進行沉積。
具體實施例方式
實例1利用濺射工藝為整體硬質(zhì)合金鉆頭涂覆藍色的外涂層。同時對圓柱體形狀的、20×20mm2大小的金屬薄片進行涂覆。所述鉆頭以及金屬薄片均進行相同的3重(3-fold)旋轉(zhuǎn)。Ar、Kr和N2的流量分別調(diào)整為150、85和70sccm。施加100V的負(fù)基質(zhì)偏壓。首先，沉積約0.2μm的TiN層。在該TiN層上面，使用兩個Ti0.5Al0.5靶作為金屬源沉積(Ti0.5Al0.5)N層。通過在每個Ti0.5Al0.5靶上施加3.2kW的陰極功率，在23分鐘的時間內(nèi)沉積該(Ti0.5Al0.5)N層，可獲得美麗的藍色顏色。利用具有下述設(shè)置的Minolta分光光度計CM-2500D對金屬薄片上的L*、a*和b*值進行測量掩膜/光澤 M/SCI紫外設(shè)置UV 100％
光源D65觀察器 10°顯示器 DIFF & ABS。
并且獲得下述結(jié)果a*＝-16、b*＝-30、L*＝39。
實例2重復(fù)進行實例1，但是，通過在每個Ti0.5Al0.5靶上施加3.7kW的陰極功率，在23分鐘的時間內(nèi)沉積(Ti，Al)N層。獲得藍色顏色，并獲得如下結(jié)果a*＝-18、b*＝-23、L*＝46。
實例3重復(fù)進行實例1，但是，通過在每個Ti0.5Al0.5靶上施加5.7kW的陰極功率，在23分鐘的時間內(nèi)沉積(Ti，Al)N層。獲得綠色顏色，并獲得如下結(jié)果a*＝-14、b*＝-7、L*＝56。
實例4重復(fù)進行實例1，但是，Ar、Kr和N2的流量分別改變?yōu)?50、150和70sccm，并且通過在每個Ti0.5Al0.5靶上施加3.2kW的陰極功率，在23分鐘的時間內(nèi)沉積(Ti，Al)N層。獲得深藍色顏色，并獲得如下結(jié)果a*＝-3、b*＝-39、L*＝29。
實例5在一段時間之后完全重復(fù)實例4。再次獲得深藍色顏色，并獲得如下結(jié)果a*＝-5、b*＝-37、L*＝31。
實例6在涂覆有內(nèi)部的、4μm厚的耐磨TiN+(Ti，Al)N多層涂層的整體硬質(zhì)合金鉆頭上涂覆根據(jù)實例1的藍色涂層。在SS2541鋼切削測試中將上述的鉆頭與不具有色層的鉆頭進行對比，其中切削數(shù)據(jù)如下切削速度100m/min進給量0.15mm/rev孔深20mm(盲孔)冷卻劑有試樣刀 具壽命標(biāo)準(zhǔn)鉆頭 1200孔標(biāo)準(zhǔn)鉆頭+藍色外層1300孔實例7對實例6中使用的鉆頭的切削刃重新磨削。之后，將該鉆頭再涂覆4μm厚的(Ti，Al)N層并且在與實例6所述相同的切削測試中進行測試。
試樣 刀具壽命再涂覆的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭 1100孔再涂覆的藍色鉆頭 1000孔
權(quán)利要求
1.一種切削刀片，包括由硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、高速鋼、工具鋼或者例如立方氮化硼或金剛石等超硬材料制成的本體，該刀片具有硬質(zhì)耐磨涂層，其包括位于最外面、薄且具有顏色的非氧化物色層，其特征在于，所述顏色利用干涉方法形成。
2.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述色層的厚度＜0.5μm。
3.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述的色層為來自由元素周期表的IV、V或VI族的金屬所構(gòu)成的組中的金屬、Al、Si和B或其混合物的碳化物、氮化物或碳氮化物。
4.如權(quán)利要求3所述的切削刀片，其特征在于，所述金屬為Ti和/或Al。
5.如權(quán)利要求4所述的切削刀片，其特征在于，所述的層為TixAl1-xN。
6.如權(quán)利要求5所述的切削刀片，其特征在于，0.1＜x＜0.9，優(yōu)選0.4＜x＜0.7，最優(yōu)選0.4＜x＜0.6。
7.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述的色層為藍色的，并且-20＜a*＜0、-40＜b*＜0并且0＜L*＜95。
8.如權(quán)利要求5所述的切削刀片，其特征在于，在優(yōu)選為0.1-5.0μm厚的TiN層的上面沉積所述的色層。
9.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述刀片為整體硬質(zhì)合金鉆頭或者整體硬質(zhì)合金端銑刀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種切削刀片，包括由硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、高速鋼或者例如立方氮化硼或金剛石等超硬材料制成的本體，該本體具有硬質(zhì)耐磨涂層，該刀片具有位于最外面、薄且具有顏色的非氧化物色層，其中所述的顏色利用干涉方法形成。
文檔編號B32B33/00GK1792522SQ200510136219
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者阿爾格倫·馬茨 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司