專利名稱：一種立方氮化硼刀具及其制造方法
技術領域：
本發明涉及切削加工的刀具領域，尤其涉及一種切削加工的立方氮化硼刀具及其制造方法。
背景技術：
在對工件進行加工時，而刀具和工件的接觸就是刀具的切削刃與工件之間的接觸，通過切削刃快速切削需要加工的部件，由于切削速度快且切削的工件越來越硬，導致切削刃在切削中不斷產生更高的磨損和更高的溫度，而立方氮化硼在刀具中的應用越來越廣泛，由于切削過程中，在刀具的前傾面上不斷受到形成的金屬屑的磨損而造成月牙洼磨損， 已加工的工件也將沿刀具的后刀面滑移造成側面磨損，同時刀刃在前情面上達到很高的溫度，將導致擴散形磨損，而后刀面上溫度顯著減低，呈現磨蝕性磨損；由此可見，立方氮化硼刀具的可靠性和壽命需要更高的提高和要求。現有技術中，通常在立方氮化硼刀具的表面沉積涂層，由此可有效提高可靠性，現有的立方氮化硼刀具涂覆有PVD或CVD涂層，可選的涂層有Ti (C，N)、TiN, (Ti，Al) N等等， 在兩種涂層中，PVD涂層具有更好的精細度和應力，能較好的承載負載，但PVD必須很薄，這是由于較厚的PVD將容易導致剝落、破裂和崩刃，在剝落之前能夠在刀具上沉積的最大涂層厚度主要取決于切削刃的半徑，切削刃過于鋒利將導致容易發生剝落和崩刃，而CVD雖然能很好的解決涂層厚度的問題，但由于CVD涂層相對存在較為粗糙和難于引入應力的問題，由此，在很多情況下，需要同時結合PVD和CVD的優點，既需要沉積較厚的涂層，同時也需要更好的精細度和應力引入，以提供更好的耐磨性能。
發明內容
本發明的目的在于提供一種立方氮化硼刀具，該刀具結構簡單，在刀具上的涂層不易脫落和碎裂，可滿足厚度和耐磨性的需求，同時增加刀具的壽命。為實現上述目的，本發明公開了一種立方氮化硼刀具，包括本體和涂層，本體的材質為立方氮化硼，涂層均勻的涂覆在本體的外周圍，整個涂層的厚度為10-20 μ m,其特征在于該涂層包含有至少兩層第一涂層3和至少一層第二涂層4 ；第一涂層3為金屬涂層，該金屬涂層為從Ti、Mo、Cr、Nb、Ta和Ir中任選一種或幾種進行組合的金屬涂層，該第一涂層的厚度為300-500nm ；第二涂層4為非金屬涂層，該非金屬涂層為碳纖維或超硬陶瓷，該第二涂層的厚度為 10-20 μ m。其中，該多個第一涂層的材質相同。其中，該多個第一涂層為Ti涂層或者ττ涂層。 其中，該多個第一涂層為Tia 46Μο0. 54涂層或者Nbtl. 30Zr0.70涂層。
其中，每個第一涂層的厚度為300-500nm。
其中，該多個第一涂層的材質不同。其中，每個第一涂層的厚度為300-500nm。還公開了一種制造上述立方氮化硼刀具的方法，包括以下步驟步驟一制造基體；步驟二 在基體上通過PVD沉積第一涂層，重復該步驟直到至少兩個第一涂層沉積結束；步驟三在第一涂層上沉積第二涂層，通過CVD進行沉積。通過上述結構，本發明的立方氮化硼刀具在刀具的本體上涂有多層涂層，通過兩種涂層的結合，在多個第一涂層中通過多次PVD技術的沉積，能充分利PVD涂層的精細度和應力引入，同時也能利用CVD技術進行第二涂層的沉積，以提高整個涂層的厚度，從而避免了涂層脫落、碎裂的可能，增加了刀具的壽命，同時也改進了刀具的抗磨損性。本發明將通過下面的具體實施例進行進一步的詳細描述，且進一步結合對附圖的說明將得到更加清楚和明顯的了解。
圖1顯示了本發明的立方氮化硼刀具的示意圖。圖2顯示了本發明的立方氮化硼刀具的部分放大剖視圖。
具體實施例方式參見圖1，顯示了本發明的立方氮化硼刀具1的示意圖，該立方氮化硼刀具1包括本體2和涂層，本體2的材質為立方氮化硼，涂層均勻的涂覆在本體2的外周圍，優選的是整個涂層的厚度為10-20 μ m，更優選的是涂層的厚度為15-18 μ m，這種較厚的涂層一方面能有效保護立方氮化硼刀具1的本體不同表面，包括位于前傾面的切削刃，也包括可能與工件接觸的后表面，且能避免涂層脫落、碎裂的可能。參見圖2，顯示了本發明的立方氮化硼刀具1的部分放大剖視圖，從中可以具體看到涂層的具體組成，該涂層包含有至少兩層第一涂層3和至少一層第二涂層4，多個第一涂層3均勻涂覆于本體2的周圍，第二涂層4涂覆于第一涂層3的周圍。其中，多個第一涂層3均為金屬涂層，該金屬涂層可為從Ti、Mo、Cr、Nb、Ta和& 中任選一種或幾種進行組合的金屬涂層。可選的是，該多個第一涂層的材質相同，既同時為多個Ti涂層或者ττ涂層，或同時為Tia46Moa54涂層或者Nba3Jra7tl涂層，每個第一涂層的厚度為300-500nm，優選的是，第一涂層的厚度為360-450nm，更優選的是，第一涂層的厚度為400士 10nm。可選的是，該多個涂層的材質相互不同，在其中一個實施例中，有三個第一涂層， 其中最里面的第一涂層為Ti，中間的第一涂層為Mo，最外的第一涂層為ττ ；在另一個實施例中，同樣是三個第一涂層，最里面的最里面的第一涂層為Tia46Moa54，中間的第一涂層為 Ti。. 56Zro0.44，最外的第一涂層為 Nb0.30Zr0.70。優選的是，給多個涂層的材質為單一金屬涂層和混合金屬涂層的混合，其結合方法與上述實施例類似，在此不再詳述。其中，第二涂層4為非金屬涂層，該非金屬涂層為碳纖維、超硬陶瓷等，該第二涂層的厚度為10-20 μ m，優選的是，第二涂層4的厚度為15-18 μ m，更優選的是，第二涂層4 的厚度為16 士0. 5μπι。同時，本發明公開了制造上述立方氮化硼刀具的方法，該方法包含以下步驟步驟一制造基體；步驟二 在基體上沉積第一涂層，優選的通過PVD進行沉積，重復該步驟直到至少兩個第一涂層沉積結束；步驟三在第一涂層上沉積第二涂層，優選的通過CVD進行沉積。通過本發明的設計，立方氮化硼刀具的周圍被多層涂層覆蓋，第一涂層為純金屬涂層，相對較薄，而由于純金屬的特性，硬度較為適中，提供了一定的韌性和較好的粘結性， 且通過第一涂層更好的加強了金屬涂層的效果和作用，而第二涂層為為非金屬涂層，其硬度高，耐磨性好，能進一步提供保護。下面通過示例來說明本發明的優越性采用立方氮化硼作為刀具本體，分三組進行實驗，第一組為現有技術中的采用 CVD沉積三氧化二鋁，沉積層厚度為20 μ m ；第二組通過本發明的方法中的步驟分別沉積第一涂層和第二涂層，其中進行三次第一涂層的沉積，沉積材料均為Ti，每層Ti厚度為 400nm，第二涂層的材質為為碳纖維，厚度為18 μ m ；第三組通過本發明的方法中的步驟分別沉積第一涂層和第二涂層，其中進行四次第一涂層的沉積，沉積材料從內到外分別為 Ti。. 46Mo0. 54、TiQ. 56Zro0.44、NbQ. 30Zr0.70 和 Tia 46Mo0.54，每個第一涂層厚度為 420nm，第二涂層的材質為為超硬陶瓷，厚度為16 μ m;通過銑削進行三組刀具的測試，測試工件材料為淬火鋼， 測試中，第一組刀具平均壽命為21分鐘，第二組刀具平均壽命為98分鐘，第三組刀具平均壽命為110分鐘。過上述示例可知，本發明使得立方氮化硼刀具的使用壽命和抗磨損性能得到顯著提尚。顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發明的公開內容、應用或使用。雖然已經在實施例中描述過并且在附圖中描述了實施例，但本發明不限制由附圖示例和在實施例中描述的作為目前認為的最佳模式以實施本發明的教導的特定例子，本發明的范圍將包括落入前面的說明書和所附的權利要求的任何實施例。
權利要求
1.一種立方氮化硼刀具，包括本體( 和涂層，本體O)的材質為立方氮化硼，涂層均勻的涂覆在本體O)的外周圍，整個涂層的厚度為10-20 μ m，其特征在于該涂層包含有至少兩層第一涂層( 和至少一層第二涂層； 第一涂層( 為金屬涂層，該金屬涂層為從Ti、Mo、Cr、Nb、Ta和^ 中任選一種或幾種進行組合的金屬涂層，該第一涂層的厚度為300-500nm ；第二涂層(4)為非金屬涂層，該非金屬涂層為碳纖維或超硬陶瓷，該第二涂層的厚度為 10-20 μ m。
2.如權利要求1所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，該多個第一涂層的材質相同。
3.如權利要求2所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，該多個第一涂層為Ti涂層或者 Zr涂層。
4.如權利要求2所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，該多個第一涂層為Tia46Moa54涂層或者Nba30^^0. 70 涂層。
5.如權利要求3或4所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，每個第一涂層的厚度為 300-500nm。
6.如權利要求1所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，該多個第一涂層的材質不同。
7.如權利要求6所述的立方氮化硼刀具，其特征在于，每個第一涂層的厚度為 300-500nm。
8.—種制造上述立方氮化硼刀具的方法，包括以下步驟 步驟一制造基體；步驟二 在基體上通過PVD沉積第一涂層，重復該步驟直到至少兩個第一涂層沉積結束；步驟三在第一涂層上沉積第二涂層，通過CVD進行沉積。
全文摘要
一種立方氮化硼刀具及其制造方法，包括本體(2)和涂層，本體(2)的材質為立方氮化硼，涂層均勻的涂覆在本體(2)的外周圍，整個涂層的厚度為10-20μm，該涂層包含有至少兩層第一涂層(3)和至少一層第二涂層(4)；第一涂層(3)為金屬涂層，該金屬涂層為從Ti、Mo、Cr、Nb、Ta和Zr中任選一種或幾種進行組合的金屬涂層，該第一涂層的厚度為300-500nm；第二涂層(4)為非金屬涂層，該非金屬涂層為碳纖維或超硬陶瓷，該第二涂層的厚度為10-20μm，該刀具結構簡單，在刀具上的涂層不易脫落和碎裂，可滿足厚度和耐磨性的需求，同時增加刀具的壽命。
文檔編號C23C16/30GK102328473SQ20111022056
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者李梁 申請人:四川歐曼機械有限公司