涂層工具以及制造和使用涂層工具的方法技術

本文所公開的涂層工具的示例包括基體、形成于所述基體上的金屬層、形成于所述金屬層上的連續的金屬碳化物層，和形成于所述金屬碳化物層上的平滑的、連續的、封端的類金剛石碳(DLC)層。所述DLC層用于防止來自工件的金屬粘附至工具，所述工具作用于所述工件上。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請的交叉引用本申請要求申請日為2013年7月15日的美國臨時專利申請序列號為61/846,143的權益，其通過引用全部并入本文。
技術介紹
在金屬機械加工中使用的工具可能遭受工具被磨損的情況。隨時間過去，工具上的磨損可能會改變工具表面，并且可能降低該工具的效率或使工具不適合使用。各種涂層已應用于工具上以致力于增加工具的使用壽命。這種涂層的一個示例是氮化鈦涂層。氮化鈦涂層降低磨損并保持切削刃。
技術實現思路
本文公開了一種涂層工具。在一個示例中，所述涂層工具包括：基體；形成于所述基體上的金屬層；形成于所述金屬層上的連續的金屬碳化物層；和形成于所述金屬碳化物層上的平滑的、連續的、封端的類金剛石碳(DLC)層。所述DLC層用于防止來自工件的金屬粘附至工具，所述工具作用于所述工件上。附圖說明本公開的示例的特征與優點將通過參照下文的詳細說明和附圖而變得顯而易見，其中同樣的附圖標記對應于相似的，盡管可能不相同的部件。為簡潔起見，附圖標記或具有先前描述的功能的特征可以或可以不結合它們在其中出現的其它附圖來描述。圖1是通過本文公開的方法的一個示例形成的涂層工具的一個示例的示意性的橫截面圖；圖2是說明了在加工流體中本文公開的類金剛石碳涂層的示例和鋁之間的摩擦系數(μ)的曲線圖；圖3是說明了本文公開的類金剛石碳涂層的一個示例的表面拓撲結構的原子力顯微鏡(AFM)圖像；圖4A和4B是分別描述了例如未氫化DLC涂層鉆頭(CD)和涂層絲錐(CT)以及可相比較的無涂層示例鉆頭(UD)和無涂層絲錐(UT)的鉆頭破損和絲錐破損的結果的圖表；圖5A是無涂層的可相比較的頭螺栓在該可相比較的頭螺栓用于鉆出10000個孔之后拍攝的照片的示意圖；以及圖5B是一個示例性頭螺栓(用本文公開的類金剛石碳涂層的一個示例涂覆的)在該頭螺栓用于鉆出10000個孔之后拍攝的照片的示意圖。具體實施方式一些金屬(例如，鋁、鎂等)是軟的和化學活潑的。這些類型的金屬在機械加工期間表現出粘附于工具表面的強烈傾向。本文公開的工具(或多個工具)包括類金剛石碳(DLC)涂層，該DLC涂層減少機械加工期間這些類型的金屬的粘附。本文公開的示例中，已經發現，當DLC由氫和/或羥基基團(在工具使用之前或在工具使用期間)封端時獲得優良的DLC涂層。DLC通常是顯示出金剛石的硬度(例如，從約15GPa至約100GPa)和石墨的潤滑性的一種摩擦學材料。本文公開的DLC涂層的示例顯示出低硬度(范圍從約15GPa至約25GPa)。已經發現，這種低硬度對斷裂韌性是有益的，其允許涂層工具撞擊內含物而不破壞DLC涂層。雖然摩擦系數(μ)可能根據涂層工具所使用的環境而變化，但是本文公開的DLC涂層的示例是超光滑的并且當針對金屬工件進行無潤滑運行時表現出范圍從約0.01至約0.2的摩擦系數(參見，例如，圖2)。圖1中示出了本文公開的涂層工具10的一個示例的示意性橫截面圖。所述帶涂層工具10包括基體12。相信可以使用能夠承受本文所公開的低溫濺射的任何基體材料。作為示例，所述基體12可以是具有或不具有諸如鈷或鎳的粘合劑的碳化鎢(WC，也稱為硬質合金)；或鋼(例如，高碳鋼，高速鋼等)。所述基體12也可以包含一種或多種金屬或半金屬，諸如鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、硅(Si)等。雖然在圖1中未示出，但是應當理解的是，所述基體12可以具有期望工具的形狀，諸如絲錐、鉆頭、端銑刀、刀片、鋸條、砂輪等。在基體12上涂覆任何附加材料之前可以將其清洗。例如，基體12可以在超聲波水浴中利用洗滌劑清洗，然后該基體12可以用去離子水漂洗。所述基體12用連續的金屬層14和連續的金屬碳化物層16涂覆。金屬層14的示例包括鉻(Cr)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鎢(W)、鎳(Ni)、或它們的組合。在一個示例中，將多個不同的金屬層沉積在所述基體12上。作為示例，所述基體12可以涂覆有一層鉻，繼之以一層鋁或鈦；或所述基體12可以涂覆有一層鈦或鉻，繼之以鉻或鈦中的另一者的一層。所述金屬碳化物層的示例包括任何上述列出的金屬中的碳化物(即，碳化鉻、碳化鈦等)。在一個示例中，金屬層14是鈦和金屬碳化物層16是碳化鈦。在一個示例中，通過使用磁控濺射或其它合適的沉積工藝將碳化物形成金屬(例如，Zr(鉻)、Ti(鈦)、Zr(鋯)、W(鎢)、Ni(鎳)、或者它們的組合)沉積至所述基體12的表面上來形成連續的金屬層14和金屬碳化物層16。其它合適的沉積工藝的示例包括過濾陰極電弧沉積、陰極電弧沉積、電子束(e-beam)蒸發、等離子體輔助化學氣相沉積(PACVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、化學氣相沉積(CVD)，或熱絲化學氣相沉積(HFCVD)。在碳化物形成金屬的沉積期間，金屬碳化物層16自動形成。通過偏壓基體12以及當使用磁控濺射時通過選擇合適的磁控電流，可以促進金屬碳化物層16的形成。在一個示例中，通過使用從浮點{0V本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種涂層工具，包括：基體；形成于所述基體上的金屬層；形成于所述金屬層上的連續的金屬碳化物層；和形成于所述金屬碳化物層上的平滑的、連續的、封端的類金剛石碳(DLC)層；其中所述DLC層用于防止來自工件的金屬粘附至工具，所述工具作用于所述工件上。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.07.15 US 61/8461431.一種涂層工具，包括：
基體；
形成于所述基體上的金屬層；
形成于所述金屬層上的連續的金屬碳化物層；和
形成于所述金屬碳化物層上的平滑的、連續的、封端的類金剛石碳(DLC)
層；
其中所述DLC層用于防止來自工件的金屬粘附至工具，所述工具作用于所
述工件上。
2.根據權利要求1所述的涂層工具，其中所述基體選自碳化鎢、帶有鈷粘
合劑的碳化鎢、帶有鎳粘合劑的碳化鎢、鋼，以及它們的組合。
3.根據權利要求1所述的涂層工具，其中來自所述金屬層的金屬和來自所
述金屬碳化物層的金屬各自獨立地選自鉻、鈦、鋯、鎢、鎳，以及它們的組合。
4.根據權利要求1所述的涂層工具，其中所述金屬層具有10nm或更小的
厚度，并且其中所述金屬碳化物層具有范圍從約0.01μm至約0.5μm的厚度。
5.根據權利要求1所述的涂層工具，其中所述DLC層具有范圍從約0.5μm
至約6μm的厚度。
6.根據權利要求1所述的涂層工具，其中所述DLC層是原子級平滑的，并
且具有范圍從約1nm至約200nm的表面粗糙度。
7.根據權利要求1所述的涂層工具，其中所述DLC層是由將被鈍化的懸空
鍵封端的非氫化的DLC層。
8.根據權利要求1所述的涂層工具，其中所述DLC層是由氫原子封端的氫
化的DLC層。
9.根據權利要求1所述的涂層工具，其中所述DLC層由羥基基團和氫原子
封端。
10.一種涂層切削工具，包括：
碳化鎢基體；
形成于所述碳化鎢基體上的連續的鈦層；
形成于所述連續的鈦層上的連續的碳化鈦層；和
形成于所述碳化鈦層上的平滑的、連續的、封端的類金剛石碳(DLC)層；
其中所述DLC層用于防止來自工件的鋁、鎂、或鋁和鎂粘附在工具上，所
述工具作用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·J·盧基特施，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，
類型：發明
國別省市：美國;US