本发明涉及一种pvd陶瓷薄膜涂覆的切削刀片，该切削刀片可适用于加工难切削材料，如低导热率的因科内尔铬镍铁合金(inconel)或钛。
背景技术：
对于用于切削金属的耐磨工具或切削工具的基材，使用硬质合金(wc-co合金)、利用tic和ti(c，n)等作为硬质材料并使用co、ni或fe作为粘合剂的金属陶瓷、陶瓷或高速钢等。
其中，硬质合金是其中硬质碳化钨(wc)颗粒分散在具有优异韧性的诸如钴(co)、镍(ni)或铁(fe)等粘合剂金属中的复合材料，并且由于具有高硬度和高韧性而已被广泛用作切削工具的基材。为了改善这样的切削工具用基材的机械性能，如耐磨性、韧性、高温特性，通过添加诸如碳化钒(vc)等晶粒生长抑制材料而得到微粒结构，或者已经广泛使用降低或增加烧结体表面上的粘合剂金属浓度的结构控制。
对应于iso工件材料分类中的s类的因科内尔铬镍铁合金和钛合金等具有较低的热导率，同时具有较高的硬度和抗拉强度，因此属于难切削材料。通常，在难切削材料的加工中，采用用于改善切削工具的切削锐利度的尖鼻形状，并且这种构造是用于在具有高硬度和可焊性的难切削材料的低速加工中使切屑瘤(built-upedge)最小化的替代方案。
然而，在加工具有非常低的热导率的难切削材料时，工艺热量集中到锋利的切削刀片的切削刃上，因此很难有效地防止由于熔接而对切削刃造成的损伤。由于这种原因，通常，在用于加工难切削材料的切削刀片上涂覆陶瓷材料，以实现隔热效果和耐磨性改善效果，以及防止与硬质合金基材的熔接。
同时，在使用用于加工难切削材料的涂覆有陶瓷材料的切削刀片之后观察切削刃的损坏部分时，可以发现与基材的熔接和急剧的磨损在发生陶瓷薄膜剥落和碎裂损伤的同时进行。因此，为了延长难切削材料用切削刀片的使用寿命，重要的是抑制切削期间发生的剥落和碎裂损伤。
[专利文献1]
(专利文献1)韩国专利公报第10-1859644号
技术实现要素：
本发明针对下述问题：提供一种切削刀片，其能够抑制在难切削材料的切削过程中在切削刀片的切削刃部分上出现的陶瓷薄膜的塑性变形，从而延迟陶瓷薄膜的剥落或碎裂。
为了解决上述问题，本发明提供一种难切削材料用切削刀片，该切削刀片包含：通过下述[式1]得到的sms值为约50至80％的硬质合金基材；和形成在所述硬质合金基材上的厚度为约0.4至1.5μm的陶瓷薄膜。
[式1]
sms＝烧结体的饱和磁化强度值×100/tms
tms＝2010×co的质量比
附图说明
说明书中的下述附图通过实例示出了本发明的优选实例，并且与下面给出的本发明的详细描述一起用于使本发明的技术构思得到进一步理解，因此不应仅用这些图中的东西来解释本发明。
图1说明本发明的实施例和比较例的切削刀片在切削试验后的状态；
图2是在图1的切削试验之后刃尖部分的放大图像。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式以使得本公开将是充分且完全的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
本发明人发现，在难切削材料的加工过程中，在高温高压下切削刀片的刃尖出现轻微的塑性变形，陶瓷薄膜由于这种轻微的塑性变形而破裂，因此，在露出的基材部分发生快速熔接，并且延续至熔接部分的大量掉落，因此导致对刃尖的损伤。因此，本发明人确认，在抑制该轻微塑性变形时，切削刀片的使用寿命可以显著提高，从而完成了本发明。
本发明的难切削材料用切削刀片的特征在于包含：通过下述[式1]得到的sms值为约50至80％的硬质合金基材；和形成在所述硬质合金基材上的厚度为约0.4至1.5μm的陶瓷薄膜。
[式1]
sms＝烧结体的饱和磁化强度值×100/tms
tms＝2010×co的质量比
在本发明的切削刀片中，将sms为约50至80％的硬质合金用作基材以提高抗塑性变形性，并且在该基材上以小厚度形成陶瓷薄膜，从而抑制在高温和高压下在切削刀片的刃尖发生轻微塑性变形。
当sms不在约50至80％的范围内时，可能不期望地在基材的精细结构内部产生诸如δ和游离碳等异常结构，或者抗塑性变形性可能不期望地不足。就抗塑性变形性而言，更理想的sms范围为约50至70％。
当陶瓷薄膜的厚度小于约0.4μm时，无法获得切削所需的耐磨性，而当大于约1.5μm时，会发生轻微塑性变形并且切削刀片的使用寿命降低，因此，理想的范围是约0.4至1.5μm，更理想的陶瓷膜的厚度是约0.4至1.0μm。
另外，理想的是，硬质合金基材可包含约4至8重量％的co、不超过5重量％的晶粒生长抑制剂和余量的wc，所述晶粒生长抑制剂包含金属碳化物、金属碳氮化物、金属碳氮氧化物或它们的混合物，所述金属为选自元素周期表第4、5和6族除钨(w)以外的金属中的至少一种。
co充当粘合剂以固定作为主要硬质相的wc，并且展现出这样的趋势：co含量越大，韧性越大，并且co含量越小，韧性越小。当co含量小于约4重量％时，基材的韧性变得不足，并且当co含量超过约8重量％时，抗塑性变形性变低，因此理想的是约4至8重量％。
当晶粒生长抑制剂的含量超过约5重量％时，wc和粘合剂的结合降低，由于来自外部的冲击，在wc和粘合剂之间容易产生裂纹，因此有利地包含不超过约5重量％的晶粒生长抑制剂。另外，当晶粒生长抑制剂的含量小于约0.1重量％时，可能发生晶粒生长抑制效果和抗塑性变形性的降低，更理想包含含量为约0.1重量％以上的抑制剂。
为了提高抗塑性变形性，硬质合金可以进一步包含一种或多种稀土元素以具有增溶作用，在这种情况下，可以将晶粒生长抑制剂和稀土元素的总量调节为不超过约5重量％。例如，ru、gd或re等可以用作所述稀土元素。
理想地，硬质合金基材基本上不包含降低机械性能的诸如δ相或游离碳相等异常结构。
本发明的切削刀片在约20至100mm/min的切削速度vc条件下展现出优异的特性，并且理想地在上述切削条件下使用。
硬质合金基材与陶瓷薄膜的附着力通过划痕试验机测定理想地保持在至少约75n。当附着力不小于上述范围时，可以实现本发明宣称的效果，因此，附着力的上限值没有特别限制。
为了抑制切削过程中的轻微塑性变形，陶瓷薄膜的硬度理想地为不小于约30gpa。
所述陶瓷薄膜可以形成为多层结构，其中具有一个或多个包含ti1-a-balamebn(me为选自si、w、nb、mo、ta、hf、zr和y的至少一种，其中0.3≤a≤0.7，0≤b≤0.1)的层。
[实施例]
通过下述过程制造作为本发明的实施例的用于切削工具的基材的硬质合金，并且按照各种组成和工艺一起制造硬质合金，以与本发明的实施例的基材进行比较。
为此，首先，制造用于制造硬质合金的材料粉末，从而具有下述表1的组成。
[表1]
通过将硬质合金球和无机溶剂添加到如上所述制备的材料粉末中，并在混合和粉碎约13小时后进行干燥，获得混合粉末。用cnma120408型模具(korloyco.)以约2吨/cm2的压力压制所获得的混合物粉末以制造成型体。
随后，通过如下方法进行烧结过程：在成型体制造过程中，在约600℃的温度下进行脱蜡过程，以去除所添加的有机粘合剂成分，然后在惰性气氛中于约1450℃的温度和约1至2小时的烧结时间的条件下进行烧结，在惰性气氛下以表1的冷却速度冷却至约600℃，然后进行自然冷却。
根据如上所述制造的硬质合金烧结体的sms的测量结果，得到如表1的结果。如表1所示，通过利用基材中所含的成分与冷却速度之间的差异，可以对烧结体的sms进行各种调整。
使用商用pvd方法在如上所述制造的硬质合金基材的表面上涂覆ti0.46al0.52si0.02n薄膜，同时将薄膜的厚度改变为约0.3μm、0.5μm、1.2μm和1.9μm，从而制造切削刀片。
切削性能评估
在下述条件下评价如此形成有陶瓷薄膜的切削刀片的耐磨性，并将结果列在下表2中。
-工件材料：因科内尔铬镍铁合金718φ100
-vc(切削速度)：50mm/分钟
-fn(进给速度)：0.25mm/rev
-ap(切削深度)：2.0mm
-干/湿型：湿型
[表2]
如上表2所示，满足硬质合金基材上的陶瓷薄膜的厚度约0.5至1.2μm且显示出约50至80％的sms值的切削刀片与不满足这种条件的切削刀片相比，展现出优异的切削使用寿命。
在实施例(样品编号3-2、4-2、4-3、5-2和5-3)中，具有约为50至70％的较低sms和约0.4至0.8μm的较小薄膜厚度的样品(样品编号4-2和5-2)展现出更优异的切削使用寿命，并且可以说是更理想的。
图1说明本发明的实施例和比较例的切削刀片在切削试验后的状态。如由图1所确认的，当进行约4分钟的切削时，在比较例的切削刀片的刃尖部分中观察到显著的损伤。
与此相比，在本发明实施例的切削刀片中，即使在切削约4分钟之后，其刃尖部分也展现出优异的状态，并且即使在进行约6分钟的切削之后，其刃尖部分也展现出比比较例更优异的状态，因此，可以发现切削刀片展现出非常优异的切削难切削材料的特性。
图2示出了在图1的切削试验之后刃尖部分的放大图像。由图2可知，在比较例2-3的切削刀片的情况下，在切削约60秒后，在刃尖部分观察到薄膜的相对较大脱落，而在比较例3-1的切削刀片中，在刃尖部分观察到薄膜的相对较小脱落。与此相比，在本发明的实施例4-2的切削刀片的情况下，未观察到薄膜脱落现象。即，可以发现，如表2所示的切削性能的差异实质上受到在切削的初始阶段是否发生了薄膜脱落的影响。
薄膜附着力评价
为了确认在切削刀片上形成的薄膜的附着强度对切削工具的影响，使用表1的硬质合金基材4号，在硬质合金基材上形成并涂覆如表3所示的各种金属结合层，然后进行pvdtialn涂敷以制造切削刀片，然后以与上述方法相同的方式评价切削性能。
[表3]
由表3可以确认，与其他情况相比，在硬质合金基材上形成的tialn薄膜与基材之间的附着力为至少约75n的情况下，展现出优异的切削使用寿命。
同时，作为改善陶瓷膜的附着力的方法，可以应用各种众所周知的方法，例如预处理方法、粘合层施加法和应力控制法等，并且在不限于所述方法的情况下附着力为至少约75n(更有利地，至少80n)时，可以实现本发明目的的物理性质。
如上所述，利用具有改善的抗塑性变形性的基材和具有增强的附着力和硬度的陶瓷薄膜的组合，通过抑制高温高压下于切削刀片的切削刃处发生的陶瓷薄膜的剥落或碎裂，使得本发明的切削刀片在用于加工难切削材料时能够显著改善其使用寿命。
本工作得到了产业通商资源部(韩国motie)和韩国工业技术评价研究所(韩国keit)资助的工业战略技术开发计划(10067065，用于加工具有高硬度的耐热合金的涂层硬质合金/cbn/陶瓷切削工具的开发，应用革新和能源装置行业)的支持。
1.一种难切削材料用切削刀片，其包括：
通过下述[式1]得到的sms值为50至80％的硬质合金基材；和
形成在所述硬质合金基材上的厚度为0.4至1.5μm的陶瓷薄膜；
[式1]
sms＝烧结体的饱和磁化强度值×100/tms
其中，tms＝2010×co的质量比。
2.如权利要求1所述的难切削材料用切削刀片，
其中，所述硬质合金基材包含4至8重量％的co、不超过5重量％的晶粒生长抑制剂和余量的wc，所述晶粒生长抑制剂包含金属碳化物、金属碳氮化物、金属碳氮氧化物或它们的混合物，所述金属为选自元素周期表第4、5和6族除钨(w)以外的金属中的至少一种。
3.如权利要求2所述的难切削材料用切削刀片，其中，所述硬质合金基材还包含一种或多种稀土元素，且所述晶粒生长抑制剂与所述稀土元素的总量不超过5重量％。
4.如权利要求1所述的难切削材料用切削刀片，其中，所述切削刀片在切削速度vc为20至100mm/min的条件下使用。
5.如权利要求1所述的难切削材料用切削刀片，其中，所述硬质合金基材不具有δ或游离碳等异常结构。
6.如权利要求1所述的难切削材料用切削刀片，其中，所述硬质合金基材与所述陶瓷薄膜的附着力通过划痕试验机测定为至少75n。
7.如权利要求1所述的难切削材料用切削刀片，其中，所述陶瓷薄膜的硬度为至少30gpa。
8.如权利要求1所述的难切削材料用切削刀片，其中，所述陶瓷薄膜形成为多层结构，其中具有通过pvd方法形成的一个或多个包含ti1-a-balamebn的层，其中me为选自si、w、nb、mo、ta、hf、zr和y的至少一种，其中0.3≤a≤0.7，0≤b≤0.1。
技术总结