[發明專利]Ti－Al－N涂層的時效硬化處理方法

無效

• 申請號: 200810031820.1
• 申請日: 2008-07-18
• 公開（公告）號: CN101333647A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 陳利;杜勇;王社權;張利軍;李佳
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C23C14/58
• 分類號: C23C14/58;C22F1/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種對物理氣相沉積涂層的時效硬化熱處理方法，特 別是指一種Ti-Al-N涂層的時效硬化處理方法。

背景技術

時效硬化又稱析出硬化，這一熱處理方法普遍應用于Al合金、 鋼材等塊狀合金領域，但在涂層領域應用不多。采用物理氣相沉積 (PVD)方法制備的Ti-Al-N涂層由于其高硬度和高溫抗氧化性，成 為當前切削刀具領域應用最廣泛的涂層材料。這一涂層的結構為Al 原子固溶到面心立方(c)TiN中的置換固溶體，其性能在很大程度 上決定于Al含量；高的Al含量可以提高涂層的硬度和抗氧化性能， 但過高的Al含量會導致涂層的晶體結構由面心立方結構向密排六方 結構(h)轉變，從而使涂層的力學性能急劇下降，失去應用價值。 常溫下，Al在TiN中的固溶度很低，一般來說，實際應用中的Ti-Al-N 涂層均為具有TiN立方結構的過飽和固溶體，處于亞穩狀態。高速切 削和干式切削時刀具刃口附近的溫度可達1000℃以上，在此溫度下， 亞穩相的Ti-Al-N涂層會向其穩定相(c)TiN和(h)AlN轉化而導 致其機械性能急劇降低，失去原有涂層的作用。經試驗發現，在一定 的溫度下(650-1000℃)退火處理Ti-Al-N涂層會產生時效硬化效應， 涂層發生調幅分解析出納米尺寸的c-TiN和c-AlN，從而提高了涂層 的硬度。雖然切削過程中也可能使涂層刀具的溫度達到或經過時效硬 化所需的溫度，但因為時間極其短暫而達不到調幅分解所需的形核時 間，因此，在Ti-Al-N涂層刀具的切削過程中的“自硬化”效應很難 實現。到目前為止，還未發現有文獻報道對物理氣相沉積(PVD)方 法制備的Ti-Al-N涂層后續強化處理的方法。

發明目的

本發明的目的在于提供一種工藝方法簡單、硬化效果明顯的 TiAlN涂層時效硬化處理方法，通過控制時效硬化溫度及時間，達到 使c-TiAlN涂層時效硬化時發生調幅分解僅析出納米尺寸的c-TiN和 c-AlN，從而提高涂層的硬度，達到時效硬化的目的。

本發明---TiAlN涂層時效硬化處理方法是采用下述方案實現 的：將Ti_xAl_1-xN(0.3＜x＜0.7)涂層置于保護氣氛中加熱到650-1000℃， 保溫20-180min。

本發明中，所述保護氣氛為真空氣氛或惰性氣氛。

本發明中，所述加熱溫度為750-900℃，所述保溫時間為60-140 min。

本發明中，所述加熱溫度為800-850℃，所述保溫時間為 90-110min。

本發明的工作原理簡述于下：