本发明涉及一种包含涂层的涂覆的切削工具，所述涂层包含ti1-xalxn(0.35≤x<0.67)、ti1-ysiyn(0.10≤y≤0.25)和ti1-zalzn(0.70≤y≤0.90)的交替纳米层的纳米多层。
背景技术：
1、金属机械加工操作包括例如车削、铣削和钻孔。为了提供长的工具寿命，涂覆的切削工具例如刀片应当对不同类型的磨损具有高耐性。为了提高切削工具的耐磨性，本领域中已知各种类型的耐磨涂层。
2、切削工具通常具有至少一个前刀面和至少一个后刀面。切削刃存在于前刀面和后刀面相交处。
3、后刀面磨损明显发生在切削刃的后刀面上，主要来自磨粒磨损机制。后刀面承受工件运动，后刀面磨损过多会导致工件表面织构不良，切削过程中不准确，切削过程中摩擦增加。
4、如果提供更好的后刀面耐磨性，则会为特定金属机械加工操作提供更长的工具寿命。
5、在机械加工操作期间，涂层还必须保持粘附至基体，即，不会剥落。某些工件材料类型例如iso-m(不锈钢)和iso-s(耐热超级合金，例如，钛)被称为黏性材料，并且比其它工件材料类型更多地引起剥落。这些材料类型还具有涂抹行为，这意味着工件材料被涂抹到切削工具表面上，最终可能导致在切削刃上形成工件材料的积屑瘤(bue)。这样的bue可能导致涂层剥落或甚至撕掉切割工具的刃的一部分。
6、不同的金属机械加工操作以不同的方式影响涂覆的切削工具。例如，车削是一种连续的金属机械加工操作，而铣削本质上是更加间歇性的。在铣削中，热负荷和机械负荷将随时间而变化。热负荷引起热张力，这可能导致涂层中所谓的热裂纹，在本文中被称为“梳状裂纹”，而后者可能导致切削刃中的疲劳，导致崩刃(chipping)，即切削刃的小碎片从基体的其余部分松动。因此，涂覆的切削工具在铣削中的常见磨损类型是裂纹和崩刃。涂层的高韧性水平，特别是在切削刃处，可以减少这种崩刃。因此，高的梳状裂纹抗性和刃线韧性对工具寿命是极为重要的。
7、对涂层在耐磨性、刃线韧性、梳状裂纹抗性、抗剥落性等方面具有优异性能的涂覆的切削工具存在着持续不断的需求，以便提供比目前市场上可获得的切削工具性能更优越的切削工具。如果上述特性中的一者或多者得到改善，则将提供更长的工具寿命。
8、纳米多层涂层正在用于金属机械加工切削工具的领域中。在这些涂层中，至少两个在某些方面不同的层交替形成纳米层堆叠体的涂层。
9、发明目的
10、本发明的一个目的是提供一种涂覆的切削工具，至少显示出高后刀面耐磨性和高抗剥落性。
技术实现思路
1、本发明的目的由一种涂覆的切削工具提供，所述涂覆的切削工具包含基体和涂层，其中所述涂层包含第一纳米层类型、第二纳米层类型和第三纳米层类型的交替纳米层的、约0.5至约10μm的纳米多层，所述第一纳米层类型为ti1-xalxn(0.35≤x<0.67)，所述第二纳米层类型为ti1-ysiyn(0.10≤y≤0.25)，并且第三纳米层类型为ti1-zalzn(0.70≤z≤0.90)，所述纳米多层中的各纳米层类型ti1-xalxn、ti1-ysiyn和ti1-zalzn的平均纳米层厚度为1至30nm。
2、“第一纳米层类型、第二纳米层类型和第三纳米层类型的交替纳米层的纳米多层”在本文中是指在纳米多层中不同类型的纳米层通常以特定的顺序交替。然而，由于在pvd反应器中沉积纳米多层所选择的方式，例如使用被涂覆工具的所谓的三重旋转，在纳米多层内的某些位置处可能存在三种类型纳米层的顺序的改变。
3、在一个实施方式中，在所述纳米多层中各纳米层类型的全部的纳米层厚度之和之间的比ti1-xalxn:ti1-ysiyn:ti1-zalzn为a:b:c，其中0.5<a<3、0.5<b<3、0.5<c<3，优选0.75<a<2.5、0.75<b<2.5、0.75<c<2.5，最优选0.9<a<2.25、0.9<b<2.25、0.9<c<2.25。
4、所述纳米多层中各纳米层类型的纳米层厚度之和之间的比ti1-xalxn:ti1-ysiyn:ti1-zalzn，即，a:b:c，可以通过扫描透射电子显微镜(stem)分析来测定，优选与能量色散x射线能谱(eds)组合，其中在沿着基体表面法线的一定距离上，测定各纳米层的元素组成和厚度。所使用的距离为平均纳米层厚度的至少25倍。所述第一纳米层类型ti1-xalxn的纳米层的纳米层厚度之和为“a”，所述第二纳米层类型ti1-ysiyn的纳米层的纳米层厚度之和为“b”，并且所述第三纳米层类型ti1-zalzn的纳米层的纳米层厚度之和为“c”。
5、所述纳米多层中各纳米层类型ti1-xalxn、ti1-ysiyn和ti1-zalzn的平均纳米层厚度也可以通过上述stem/eds分析来测定。
6、对于作为ti1-xalxn的所述第一纳米层类型，适合0.40≤x≤0.67，优选0.45≤x≤0.62。
7、对于作为ti1-ysiyn的所述第二纳米层类型，适合0.13≤y≤0.23，优选0.17≤y≤0.21。
8、对于作为ti1-zalzn的所述第三纳米层类型，适合0.70<z≤0.85，优选0.75<z≤0.85。
9、所述纳米多层中各纳米层类型ti1-xalxn、ti1-ysiyn和ti1-zalzn在所述纳米多层中的平均纳米层厚度适合为1至20nm，优选为1.5至10nm，最优选为2至5nm。
10、所述纳米多层中，所述纳米层类型ti1-xalxn、ti1-ysiyn和ti1-zalzn中的任一者与所述纳米层类型ti1-xalxn、ti1-ysiyn和ti1-zalzn中的其余两者中的任意者之间在所述纳米多层中的平均纳米层厚度之比适合为0.1至10，优选为0.5至5，最优选为0.8至2。
11、适合地，在所述纳米多层中的10个连续纳米层、优选8个、最优选6个连续纳米层的序列内，存在全部的纳米层类型ti1-xalxn、ti1-ysiyn和ti1-zalzn。
12、所述纳米多层的厚度适合为约1至约8μm，优选为约1.5至约5μm。
13、在一个实施方式中，所述涂层包含tin或(ti,al)n的内层，所述内层在所述纳米多层下方，优选最靠近所述基体。所述(ti,al)n层可以为单层或具有不同ti/al比的交替纳米层的纳米多层。优选地，所述内层为(ti,al)n。如果使用(ti,al)n作为内层，则所述(ti,al)n适合为ti1-taltn，其中0.35≤t≤0.67，优选0.40≤t≤0.67，最优选0.45≤t≤0.62。在一个优选的实施方式中，所述内层的(ti,al)n中的ti-al关系与所述纳米多层的第一纳米层类型中的ti-al关系相同。这是因为当可以使用与已经用于所述纳米多层的靶相同的靶时，这简化了生产。这种内层的厚度适合为约0.1至约3μm，优选约0.5至约2μm。
14、在一个实施方式中，为了控制所述涂覆的切削工具的颜色的目的，所述涂层包含所述第一纳米层类型ti1-xalxn，0.35≤x<0.67，所述第二纳米层类型ti1-ysiyn，0.10≤y≤0.25，或者所述第三纳米层类型ti1-zalzn，0.70≤z≤0.90中的任一者的最外单层。
15、所述最外层中的x、y或z的值优选与所述纳米多层中的ti1-xalxn、ti1-ysiyn或ti1-zalzn中的x、y或z相同。这是因为当可以使用与已经用于所述纳米多层的靶相同的靶时，这简化了生产。
16、这种最外层的厚度适合为约0.1至约0.5μm，优选为约0.1至约0.3μm。
17、所述第一纳米层类型、第二纳米层类型和第三纳米层类型的纳米层适合为阴极电弧蒸发沉积层。所述任选的tin或(ti,al)n的内层以及任选的最外单层也适合为阴极电弧蒸发沉积层。
18、所述涂覆的切削工具的所述基体可以选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和高速钢。在一个实施方式中，所述基体为包含5至18重量％co的硬质合金。
19、所述涂覆的切削工具适合为用于金属机械加工的切削工具刀片、钻头或整体立铣刀。所述切削工具刀片为例如车削刀片或铣削刀片。
1.一种涂覆的切削工具(1)，包含基体(5)和涂层(6)，其中所述涂层(6)包含第一纳米层类型(9)、第二纳米层类型(10)和第三纳米层类型(11)的交替纳米层的、约0.5至约10μm的纳米多层(8)，
2.根据权利要求1所述的涂覆的切削工具(1)，其中在所述纳米多层(8)中各纳米层类型的全部厚度之和之间的比ti1-xalxn(9):ti1-ysiyn(10):ti1-zalzn(11)为a:b:c，其中0.5<a<3、0.5<b<3、0.5<c<3，优选0.75<a<2.5、0.75<b<2.5、0.75<c<2.5，最优选0.9<a<2.25、0.9<b<2.25、0.9<c<2.25。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中对于作为ti1-xalxn的所述第一纳米层类型(9)，适合0.40≤x≤0.67，优选0.45≤x≤0.62。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中对于作为ti1-ysiyn的所述第二纳米层类型(10)，适合0.13≤y≤0.23，优选0.17≤y≤0.21。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中对于作为ti1-zalzn的所述第三纳米层类型(11)，适合0.70<z≤0.85，优选0.75<z≤0.85。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中所述纳米多层中各纳米层类型ti1-xalxn、ti1-ysiyn和ti1-zalzn在所述纳米多层(8)中的平均纳米层厚度适合为1至20nm，优选为1.5至10nm，最优选为2至5nm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中在所述纳米多层(8)中，所述纳米层类型ti1-xalxn(9)、ti1-ysiyn(10)和ti1-zalzn(11)中的任一者与所述纳米层类型ti1-xalxn(9)、ti1-ysiyn(10)和ti1-zalzn(11)中的其余两者中的任意者之间在所述纳米多层中的平均纳米层厚度之比适合为0.1至10，优选为0.5至5，最优选为0.8至2。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中在所述纳米多层(8)中的10个连续纳米层、优选8个、最优选6个连续纳米层的序列内，存在全部的所述纳米层类型ti1-xalxn(9)、ti1-ysiyn(10)和ti1-zalzn(11)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中所述纳米多层(8)的厚度为约1至约8μm，优选为约1.5至约5μm。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中所述涂层(6)包含tin或(ti,al)n的内层(7)，所述内层(7)在所述纳米多层(8)下方最靠近所述基体(5)，所述内层(7)的厚度为约0.1至约3μm、优选约0.5至约2μm。
11.根据权利要求10所述的涂覆的切削工具(1)，其中所述内层(7)为ti1-taltn，0.35≤t≤0.70。
12.根据权利要求10所述的涂覆的切削工具(1)，其中所述内层(7)为(ti,al)n层，所述(ti,al)n层为ti1-ualun和ti1-valvn的交替纳米层的(ti,al)n纳米多层，其中0.35≤u<0.67且0.70≤v≤0.90。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中所述涂覆的切削工具(1)的所述基体(5)选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和高速钢。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的涂覆的切削工具(1)，其中所述涂覆的切削工具(1)为用于金属机械加工的切削工具刀片、钻头或整体立铣刀。
