CN105142832A - 用于切削工具的多层结构化涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明在一个方面描述了其上粘附有涂层的切削工具，所述涂层在一些实施例中可展示出所需的耐磨性和延长的切削寿命。本文所述的带涂层的切削工具包括基底以及粘附于所述基底上的涂层，所述涂层具有多层结构，所述多层结构包括多个结构单元，它们各自包括粘结层和相邻的氧化铝层，所述氧化铝层具有小于0.5μm的厚度并且所述粘结层具有小于1μm的厚度，所述粘结层包含TiCN和TiAlOC。

Description

用于切削工具的多层结构化涂层
相关专利申请资料
本专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求提交于2013年3月28日的美国临时专利申请No.61/806,035的优先权，该专利据此全文以引用方式并入。
技术领域
本发明涉及用于切削工具的涂层，并且具体地讲，涉及通过化学气相沉积法(CVD)沉积的涂层。
背景技术
切削工具(包括烧结碳化物切削工具)已用于带涂层和不带涂层条件两者以便加工各种金属和合金。为了提高切削工具耐磨性、性能和寿命，已将一层或多层耐火材料施加于切削工具表面。已通过CVD并通过物理气相沉积法(PVD)将例如TiC、TiCN、TiN和/或Al2O3施加于烧结碳化物基底。虽然在多种应用中能有效抑制磨损并延长工具寿命，但基于上述耐火材料的单层或多层构造的耐火涂层已日益达到其性能极限，从而要求开发用于切削工具的新涂层结构。
发明内容
在一个方面，描述了其上粘附有涂层的切削工具，所述涂层在一些实施例中可展示出所需的耐磨性和延长的切削寿命。本文所述的带涂层的切削工具包括基底以及粘附于基底上的涂层，所述涂层具有多层结构，所述多层结构包括多个结构单元，它们各自包括粘结层和相邻的氧化铝层，所述氧化铝层具有小于0.5μm的厚度并且所述粘结层具有小于1μm的厚度，所述粘结层包含TiCN和TiAlOC。在一些实施例中，所述粘结层还包含TiOCN。
此类，结构单元可彼此相邻，从而形成交替氧化铝层和粘结层的结构。
还提供了制作带涂层的切削工具的方法。制作本文所述的带涂层的切削工具的方法包括提供切削工具基底以及通过化学气相沉积法在切削工具基底的表面上沉积具有多层结构的涂层，所述多层结构包括多个结构单元，它们各自包括粘结层和相邻的氧化铝层，所述氧化铝层具有小于0.5μm的厚度并且所述粘结层具有小于1μm的厚度，所述粘结层包含TiCN和TiAlOC。在一些实施例中，所述粘结层还包含TiOCN。
上述及其他实施例将在下文具体实施方式部分详细描述。
附图说明
图1示出了根据本文所述的一个实施例的带涂层的切削工具的基底。
图2为根据本文所述的一个实施例的带涂层的切削工具的示意图。
图3为根据本文所述的一个实施例的带涂层的切削工具的示意图。
图4为根据本文所述的一个实施例的带涂层的切削刀片的横剖面光学图像。
图5为根据本文所述的一个实施例的带涂层的切削刀片的横剖面光学图像。
具体实施方式
参考以下具体实施方式和实例以及前述和下述内容，将更容易地理解本文所述的实施例。然而，本文所述的元素、设备和方法并不限于具体实施方式和实例中所述的具体实施例。应当认识到，上述实施例仅示例性地说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的情况下，多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
I.带涂层的切削工具
在一个方面，描述了其上粘附有涂层的切削工具，所述涂层在一些实施例中可展示出所需的耐磨性和延长的切削寿命。本文所述的带涂层的切削工具包括基底以及粘附于基底上的涂层，所述涂层具有多层结构，所述多层结构包括多个结构单元，它们各自包括粘结层和相邻的氧化铝层，所述氧化铝层具有小于0.5μm的厚度并且所述粘结层具有小于1μm的厚度，所述粘结层包含TiCN和TiAlOC。在一些实施例中，所述粘结层还包含TiOCN。
现在转到具体的组成部分，本文所述的带涂层的切削工具包括基底。带涂层的切削工具的基底可包含不违背本发明目的的任何材料。在一些实施例中，基底包含烧结碳化物、碳化物、陶瓷、金属陶瓷或钢。
烧结碳化物基底可包含碳化钨(WC)。WC可以至少约70重量％的量存在于基底中。在一些实施例中，WC以至少约80重量％的量或以至少约85重量％的量存在于基底中。另外，烧结碳化物基底的金属粘结剂可包含钴或钴合金。钴例如可以约3重量％至约15重量％范围内的量存在于烧结碳化物基底中。在一些实施例中，钴以5-12重量％或6-10重量％的量存在于烧结碳化物基底中。此外，烧结碳化物基底可表现出始于基底表面并从基底表面向内延伸的粘结剂富集区。
烧结碳化物基底还可包含一种或多种添加剂，例如，下列元素和/或其化合物中的一者或多者：钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪。在一些实施例中，钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪与基底中的WC形成固溶体碳化物。基底在一些实施例中包含约0.1重量％至约5重量％范围内的量的一种或多种固溶体碳化物。另外，烧结碳化物基底可包含氮。
基底在其他实施例中包含多晶立方氮化硼(PcBN)。PcBN基底可包含不与本发明的目标抵触的任何量的PcBN。例如，PcBN基底可包含大于85重量％PcBN。在一些实施例中，本文所述的切削工具基底包含选自表I的量的PcBN。
表I-切削工具基底的PcBN重量％
此外，本文所述的切削工具的PcBN基底还可包含陶瓷或金属粘结剂。用于PcBN基底的合适陶瓷粘结剂可包括钛、钨、钴或铝的氮化物、碳氮化物、碳化物、氧化物和/或硼化物。在一些实施例中，例如，PcBN基底包含AlN、AlB2或它们的混合物的粘结剂。此外，在一些实施例中，粘结剂包括任何上述陶瓷或金属粘结剂的固溶体。
具有本文所述组成参数的PcBN基底可以各种构造提供。例如，带涂层的切削工具可包括独立式整体固体片PcBN基底。或者，以通过硬钎焊或其他接合技术附接到支架上的压实体或刀片形式提供PcBN基底。此外，PcBN基底可为支架上的全顶部或全顶部/全底部切削刀片。
在一些实施例中，本文所述的带涂层的切削工具的基底包括在基底的前刀面与后刀面的接合点处形成的一个或多个切削刃。
图1示出了根据本文所述的一个实施例的带涂层的切削工具的基底。如图1所示，基底(10)具有在基底前刀面(14)与后刀面(16)的接合点处形成的切削刃(12)。基底还包括可用于将基底(10)固定到刀架上的孔隙(18)。
在一些实施例中，带涂层的切削工具的基底是刀片、钻头、锯片或其他切削设备。
粘附到基底上的涂层包括多层结构，所述多层结构包括多个结构单元，每个结构单元包括粘结层和相邻的氧化铝层。结构单元的粘结层包含TiCN和TiAlOC。在一些实施例中，粘结层还包含TiOCN。TiCN、TiAlOC和TiOCN可以粘结层的次层形式提供。此外，结构单元的粘结层一般具有小于1μm的厚度。在一些实施例中，粘结层具有选自表II的厚度。
表II-粘结层厚度(nm)
当TiCN、TiAlOC和/或TiOCN的一个或多个次层构成粘结层时，所述次层可各自具有5-500nm的厚度。
如本文所述，结构单元还包括与粘结层相邻或接触的氧化铝层。所述氧化铝层具有小于约0.5μm的厚度。在一些实施例中，结构单元的氧化铝层具有选自表III的厚度。
表III-氧化铝层厚度(nm)
可将包括粘结层和相邻的氧化铝层的结构单元堆叠或重复任何次数以构建涂层厚度。例如，可使结构单元彼此相邻地沉积。在此类实施例中，形成了交替粘结层与氧化铝层的结构。或者，结构单元中的至少两个被一个或多个中间层间隔开。中间层可包含选自由铝及周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素以及周期表的IIIA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。中间层例如可包含选自由铝及周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素的氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。
此外，可将结构单元直接沉积在切削工具基底的表面上而不存在任何基层。然而，在一些实施例中，涂层的一个或多个基层位于基底与结构单元之间。基层可包含选自由铝及周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素以及周期表的IIIA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。基层例如可选自由氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)和碳氮氧化钛(TiOCN)构成的组。在一些实施例中，存在包含TiN、TiCN和/或TiOCN的多层布置方式。此外，过渡层可存在于结构单元的基层布置方式与沉积的氧化铝层之间。在一些实施例中，这种过渡层包含TiAlOC。
基层可以具有不与本发明目的抵触的任何厚度。在一些实施例中，基层具有0.2-12μm或0.5-5μm的厚度。
此外，本文所述的涂层还可包括结构单元上的一个或多个外层。外层在一些实施例中包含选自由铝及元素周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素以及选自由元素周期表的IIIA、IVA、VA和VIA族的非金属元素构成的组的一种或多种非金属元素。在一些实施例中，结构单元上沉积的一个或多个外层包含选自由铝及元素周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素的氮化物、碳氮化物、氧化物或硼化物。例如，一个或多个外层选自由TiN、TiCN和TiOCN构成的组。本文所述涂层的外层可以具有不与本发明目的抵触的任何厚度。涂层的外层在一些实施例中可具有0.5μm至5μm范围内的厚度。
当将所有组分计算在内时，本文所述的涂层可具有最多至25μm的厚度。涂层例如可具有2-15μm或5-12μm的总厚度。
图2为根据本文所述的一个实施例的带涂层的切削工具的示意图。如图2中所示，带涂层的切削工具(20)包括基底(21)以及通过CVD而粘附到基底上的涂层(22)。CVD涂层(22)包括TiN和TiCN的基层构造(23)。在一些实施例中，基层构造(23)包含TiN-TiCN/TiOCN。各自包括粘结层(25)和相邻的氧化铝层(26)的结构单元(24)沉积在基层构造(23)上。如本文所述，粘结层可包括TiAlOC(27)、TiCN(28)和TiOCN(29)的次层。TiCN/TiN或TiCN/TiOCN的外层(30)沉积在重复结构单元(24)上。
图3为根据本文所述的另一个实施例的带涂层的切削工具的示意图。如图3中所示，带涂层的切削工具(30)包括基底(31)以及通过CVD而粘附到基底上的涂层(32)。CVD涂层(32)包括TiN和TiCN的基层构造(33)。在一些实施例中，基层构造(33)包含TiN-TiCN/TiOCN。此外，过渡层(未示出)可定位在结构单元的基层与氧化铝层之间。在一些实施例中，这种过渡层包含TiAlOC。各自包括粘结层(35)和氧化铝层(36)的结构单元(34)沉积在基层构造(33)上。粘结层(35)包括TiAlOC(37)、TiCN(38)和TiOCN(39)的次层。在图3的实施例中，粘结层(35)还包括过渡层(40)，其上沉积有下一个结构单元的氧化铝层。过渡层(40)在一些实施例中为TiAlOC。TiCN/TiN或TiCN/TiOCN的外层(41)沉积在重复结构单元(34)上。
在一些实施例中，本文所述的CVD涂层可具有选自表IV的结构。
表IV–涂层结构
*中温(MT)
**高温(HT)
n＝重复
本文所述的切削工具的涂层可接受后涂布处理。例如可将涂层用各种湿和/或干颗粒组合物喷射。后涂布喷射可以任何所需的方式实施。在一些实施例中，后涂布喷射包括喷丸处理或压力喷射。压力喷射可以多种形式实施，包括压缩空气喷射、湿压缩空气喷射、加压液体喷射、湿喷射、加压液体喷射和蒸汽喷射。湿喷射例如使用无机和/或陶瓷颗粒(诸如氧化铝)和水的浆液实现。可将氧化铝颗粒浆液以气动方式投射在带涂层的切削工具主体的表面以冲击涂层的表面。氧化铝颗粒的尺寸通常可在约20μm与约100μm之间的范围内。
喷射参数包括压力、冲击角度、与部件表面的距离和持续时间。在一些实施例中，冲击角度可在约45度至约90度的范围内，即，颗粒以约45度至约90度范围内的角度冲击涂层表面。在与带涂层的表面相距1-6英寸时，合适的压力可在30-55磅每平方英寸(psi)的范围内。此外，喷射的持续时间通常可在1至10秒或更长的范围内。喷射通常可在涂层的表面区域上实施，或可施加到精选的位置，诸如在切削工具的工件接触区中。工件接触区可以是切削工具的磨光区。
在其他实施例中，涂层接受抛光后涂布处理。可用适当金刚石或陶瓷磨粒尺寸的糊剂实施抛光。糊剂的磨粒尺寸在一些实施例中在1μm至10μm的范围内。在一个实施例中，使用5-10μm金刚石磨粒糊剂对涂层抛光。此外，可通过不违背本发明目的的任何设备诸如刷子，将磨粒糊剂施加到CVD涂层。在一个实施例中，例如，使用扁平刷将磨粒糊剂施加到切削工具的工件接触区中的CVD涂层。
可将本文所述的涂层喷射或抛光足以实现所需的表面粗糙度(Ra)和/或其他参数(诸如降低涂层中的残余拉伸应力)的时间段。在一些实施例中，接受后涂布处理的涂层具有选自表V的表面粗糙度(Ra)。
表V-后涂布表面粗糙度(Ra)
可使用可从纽约普莱恩维尤的维易科仪器公司(VeecoInstruments,Inc.ofPlainview,NewYork)商购获得的NT系列光学轮廓仪，通过光学轮廓术来测定涂层表面粗糙度。
此外，后涂布处理在一些实施例中不移除涂层·0的一个或多个外层。在一些实施例中，例如，后涂布处理不移除TiN、TiCN和/或TiOCN的外层。或者，后涂布处理可移除或部分地移除一个或多个外层，诸如TiN、TiCN和TiOCN。
II.制作带涂层的切削工具的方法
还提供了制作带涂层的切削工具的方法。制作本文所述的带涂层的切削工具的方法包括提供切削工具基底以及通过化学气相沉积法在切削工具基底的表面上沉积具有多层结构的涂层，所述多层结构包括多个结构单元，它们各自包括粘结层和相邻的氧化铝层，所述氧化铝层具有小于0.5μm的厚度并且所述粘结层具有小于1μm的厚度，所述粘结层包含TiCN和TiAlOC。在一些实施例中，所述粘结层还包含TiOCN。
现在转到具体的步骤，本文所述的方法包括提供基底。基底可包括上文第I部分中列举的任何基底。在一些实施例中，例如，基底为烧结碳化物，诸如如部分I中所述的烧结碳化钨或PcBN。此外，根据本文所述方法沉积的涂层可具有部分I中列举的任何构造和/或特性。例如，沉积的涂层可具有选自上表IV的构造。
在本文所述的方法中，涂层结构单元的粘结层包含TiCN和TiAlOC。在一些实施例中，所述粘结层还包含TiOCN。可根据表VI中提供的一般CVD参数来沉积粘结层的TiCN、TiOCN和TiAlOC次层。
表VI-粘结层沉积的CVD参数
此外，可根据表VII中提供的一般CVD参数来沉积涂层的结构单元的氧化铝层。
表VII-氧化铝沉积的CVD参数
*任选
可将结构单元直接沉积在切削工具基底的表面上而不存在任何基层。然而，在一些实施例中，涂层的一个或多个基层位于基底与结构单元之间。基层可包含选自由铝及周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素以及周期表的IIIA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。基层例如可选自由氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)和碳氮氧化钛(TiOCN)构成的组。在一些实施例中，存在包含TiN和TiCN的多层布置方式。各基层的一般CVD沉积参数提供于表VIII中。
表VIII-基层沉积的CVD参数
另外，本文所述的方法还可包括在结构单元上沉积一个或多个外层。外层在一些实施例中包含选自由铝及元素周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素以及选自由元素周期表的IIIA、IVA、VA和VIA族的非金属元素构成的组的一种或多种非金属元素。在一个实施例中，例如，参照表VIII中所示的CVD参数来沉积TiCN和/或TiOCN的外层。根据本文所述方法沉积的涂层可具有上表IV中提供的结构。
此外，沉积的涂层可接受后涂布处理，诸如如上文部分I中所述的后涂布喷射或抛光。后涂布喷射在一些实施例中可将涂层的中等拉伸应力改变为中等压缩应力或者增大沉积态涂层中的压缩应力。
在以下非限制性实例中对这些和其他实施例进行进一步说明。
实例1-带涂层的切削工具
通过将烧结碳化钨(WC-Co)切削刀片基底[ANSI标准几何形状CNMA432]放入轴流热壁CVD反应器中，来生产本文所述的带涂层的切削工具。切削刀片包含约6重量％钴粘结剂，余量为1至5μm尺寸的WC晶粒。根据表VI-VIII中所提供的CVD工艺参数，将具有表IX中所提供的结构的涂层沉积在烧结WC切削刀片上。
表IX-CVD涂层结构
*与基底相邻的最内层
n＝16
所得的多层涂层展示出表X中所提供的特性。
重复结构单元的氧化铝层显示出小于0.5μm的单独厚度。图4是该实例1的带涂层的切削刀片的横截面光学图像，示出了涂层结构的各层。
实例2-带涂层的切削工具
通过将烧结碳化钨(WC-Co)切削刀片基底[ANSI标准几何形状CNMA432]放入轴流热壁CVD反应器中，来生产本文所述的带涂层的切削工具。切削刀片包含约6重量％钴粘结剂，余量为1至5μm尺寸的WC晶粒。根据表VI-VIII中所提供的CVD工艺参数，将具有表XI中所提供的结构的涂层沉积在烧结WC切削刀片上。
表XI-CVD涂层结构
*与基底相邻的最内层
n＝32
所得的多层涂层展示出表XII中所提供的特性。
表XII-CVD涂层的特性
重复结构单元的氧化铝层显示出小于0.1μm的单独厚度。图5是该实例2的带涂层的切削刀片的横截面光学图像，示出了涂层结构的各层。
实例3-金属切削测试
使具有实例2的结构的带涂层的切削刀片(1-3)和比较涂层刀片(4)根据以下参数接受连续车削测试。比较切削刀片(4)采用与实例2基本上相似组成的WC-Co基底和ANSI标准几何形状CNMA432。此外，比较切削刀片(4)显示出如表XIII中所示的涂层结构和特性。
表XIII-比较切削刀片4
*与WC-Co基底相邻的涂层
根据表XIV对实例2的带涂层的切削刀片(1-3)以及比较涂层刀片(4)进行后涂布处理。
表XIV-后涂布处理
使实例2的带涂层的切削刀片(1-3)以及比较涂层刀片(4)如下接受连续车削测试。
工件-G2Cl
速度-1300sfm(396m/min)
进料速率-0.012ipr(0.3048mm/min)切削深度-0.08英寸(0.08mm)
导程角：-5°
通过如下的一个或多个失效模式来记录寿命终止：
0.012英寸的均匀磨损(UW)
0.012英寸的最大磨损(MW)
0.012英寸的刀鼻磨损(NW)
0.012英寸的切深处缺口磨损(DOCN)
0.012英寸的后缘磨损(TW)
测试了三个切削刀片的每个涂层结构(1-4)，从而提供重复1-3数据以及平均切削寿命。连续车削测试的结果提供于表XV中。
表XV-连续车削测试结果
*比较刀片
如表XV中所提供，具有实例2的结构的带涂层的切削刀片1-3展示出相对于比较切削刀片4而言显著延长的切削寿命。
针对实现本发明不同目的，现已描述了本发明的不同实施例。应当认识到，上述实施例仅示例性地说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的情况下，其多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (25)

1.一种带涂层的切削工具，包括：
基底；和
粘附于所述基底上的涂层，所述涂层具有多层结构，所述多层结构包括多个结构单元，它们各自包括粘结层和相邻的氧化铝层，所述氧化铝层具有小于0.5μm的厚度并且所述粘结层具有小于1μm的厚度，所述粘结层包含TiCN和TiAlOC。
2.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述粘结层还包含TiOCN。
3.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述粘结层具有小于0.5μm的厚度。
4.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述TiCN和所述TiAlOC为所述粘结层的次层。
5.根据权利要求2所述的带涂层的切削工具，其中所述TiCN、TiOCN和TiAlOC为所述粘结层的次层。
6.根据权利要求5所述的带涂层的切削工具，其中所述TiCN、TiOCN和TiAlOC的次层具有0.010μm至0.5μm的单独厚度。
7.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述结构单元彼此相邻，从而形成交替氧化铝层与粘结层的结构。
8.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述结构单元中的至少两个被一个或多个中间层间隔开。
9.根据权利要求8所述的带涂层的切削工具，其中中间层包含选自由铝及周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素以及周期表的IIIA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。
10.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述涂层还包括与所述基底表面相邻的基层。
11.根据权利要求10所述的带涂层的切削工具，其中所述基层包含TiN、TiCN和TiOCN中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述氧化铝层具有0.01-0.1μm的厚度。
13.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中通过化学气相沉积法来沉积所述涂层。
14.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述涂层还包括最外层，所述最外层包含选自由铝及周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素以及周期表的IHA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。
15.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述涂层具有1-25μm的厚度。
16.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述涂层具有5-15μm的厚度。
17.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，其中所述基底由烧结碳化物、碳化物、陶瓷或钢形成。
18.一种制作带涂层的切削工具的方法，包括：
提供切削工具基底；以及
通过CVD在所述切削工具基底的表面上沉积涂层，所述涂层具有多层结构，所述多层结构包括多个结构单元，它们各自包括粘结层和相邻的氧化铝层，所述氧化铝层具有小于0.5μm的厚度并且所述粘结层具有小于1μm的厚度，所述粘结层包含TiCN和TiAlOC。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述粘结层还包含TiOCN。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述粘结层具有小于0.5μm的厚度。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述结构单元彼此相邻地沉积，从而形成交替氧化铝层与粘结层的结构。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述涂层还包括沉积在所述切削工具基底的表面上的基层，所述基层包含TiN、TiCN和TiOCN中的至少一者。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述氧化铝层具有0.01-0.1μm的厚度。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述涂层具有1-25μm的厚度。
25.根据权利要求18所述的方法，其中所述涂层还包括最外层，所述最外层包含选自由铝及周期表的IVB、VB和VIB族的金属元素构成的组的一种或多种金属元素以及周期表的IHA、IVA、VA和VIA族的一种或多种非金属元素。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110637105A (zh) * 2017-06-07 2019-12-31 山特维克知识产权股份有限公司 涂层切削工具
CN110678579A (zh) * 2017-06-20 2020-01-10 山特维克知识产权股份有限公司 涂层切削工具

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769502C1 (ru) 2018-06-28 2022-04-01 Аб Сандвик Коромант Режущий инструмент с покрытием
JP7141601B2 (ja) * 2019-12-19 2022-09-26 株式会社タンガロイ 被覆切削工具
US11371150B2 (en) 2020-01-04 2022-06-28 Kennametal Inc. Coating and coated cutting tool comprising the coating

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4608098A (en) * 1981-12-16 1986-08-26 General Electric Co. Coated product and process
JP2000096234A (ja) * 1998-09-28 2000-04-04 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具
CN1721108A (zh) * 2004-07-13 2006-01-18 山特维克知识产权公司 涂层刀片
CN1883854A (zh) * 2004-06-24 2006-12-27 山特维克知识产权股份有限公司 具有涂层的刀片
CN101652502A (zh) * 2007-04-01 2010-02-17 伊斯卡有限公司 具有陶瓷涂层的切削刀片
CN102196874A (zh) * 2008-10-28 2011-09-21 京瓷株式会社 表面被覆工具
CN102292467A (zh) * 2009-03-23 2011-12-21 瓦尔特公开股份有限公司 Pvd涂布的刀具
CN102441686A (zh) * 2010-09-30 2012-05-09 三菱综合材料株式会社 硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具
CN102465251A (zh) * 2010-11-19 2012-05-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 被覆件及其制造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE210743T1 (de) * 1995-02-17 2001-12-15 Seco Tools Ab Sinterkarbidsubstrat mit mehrschichten aus aluminien
SE518134C2 (sv) * 1997-12-10 2002-09-03 Sandvik Ab Multiskiktbelagt skärverktyg
DE19962056A1 (de) * 1999-12-22 2001-07-12 Walter Ag Schneidwerkzeug mit mehrlagiger, verschleissfester Beschichtung
DE10016958A1 (de) * 2000-04-06 2001-10-18 Widia Gmbh Verfahren zur Herstellung von Multilagenschichten auf Substratkörpern und Verbundwerkstoff, bestehend aus einem beschichteten Substratkörper
US6689450B2 (en) * 2001-03-27 2004-02-10 Seco Tools Ab Enhanced Al2O3-Ti(C,N) multi-coating deposited at low temperature
EP1323847A3 (en) * 2001-12-28 2005-09-14 Seco Tools Ab Coated cemented carbide body and method for use
SE526603C3 (sv) 2003-01-24 2005-11-16 Sandvik Intellectual Property Belagt hårdmetallskär
DE102004063816B3 (de) 2004-12-30 2006-05-18 Walter Ag Al2O3-Multilagenplatte
US8119226B2 (en) * 2006-10-18 2012-02-21 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cutting tool

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4608098A (en) * 1981-12-16 1986-08-26 General Electric Co. Coated product and process
JP2000096234A (ja) * 1998-09-28 2000-04-04 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具
CN1883854A (zh) * 2004-06-24 2006-12-27 山特维克知识产权股份有限公司 具有涂层的刀片
CN1721108A (zh) * 2004-07-13 2006-01-18 山特维克知识产权公司 涂层刀片
CN101652502A (zh) * 2007-04-01 2010-02-17 伊斯卡有限公司 具有陶瓷涂层的切削刀片
CN102196874A (zh) * 2008-10-28 2011-09-21 京瓷株式会社 表面被覆工具
CN102292467A (zh) * 2009-03-23 2011-12-21 瓦尔特公开股份有限公司 Pvd涂布的刀具
CN102441686A (zh) * 2010-09-30 2012-05-09 三菱综合材料株式会社 硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具
CN102465251A (zh) * 2010-11-19 2012-05-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 被覆件及其制造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110637105A (zh) * 2017-06-07 2019-12-31 山特维克知识产权股份有限公司 涂层切削工具
CN110637105B (zh) * 2017-06-07 2022-03-04 山特维克知识产权股份有限公司 涂层切削工具
CN110678579A (zh) * 2017-06-20 2020-01-10 山特维克知识产权股份有限公司 涂层切削工具
CN110678579B (zh) * 2017-06-20 2021-12-10 山特维克知识产权股份有限公司 涂层切削工具

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DE112014001640T5 (de) 2016-01-21
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