[發明專利]一種TiAlN涂層硬質合金刀片

無效

• 申請號: 201110310618.4
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102321873A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 羅建軍
• 申請（專利權）人: 成都名鎢科技有限責任公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

一種涂層硬質合金刀片的制備方法，特別是在超細WC-Co硬質合金基體上的TiAlN涂層刀片的制備，屬于表面涂層技術領域。

背景技術

表面涂層技術的發展與應用對刀具性能的改善和切削加工技術的進步起到了十分關鍵的作用，涂層刀具已成為現代刀具的重要標志。刀具涂層處理是在刀體上涂覆一層或多層耐磨性好的難熔化合物，使刀具性能大大提高，達到提高加工效率、提高加工精度、延長刀具使用壽命、降低加工成本的目的。西方工業發達國家使用的涂層刀片占可轉位刀片的比例已由1978年的26％增加到60％以上，新型數控機床所用切削刀具中有80％左石使用涂層刀具。涂層刀具已成為現代刀具的重要標志，并將是今后數控加工領域中重要的刀具品種之

常用的刀具涂層材料主要有TiC、TiN、Al₂O₃、TiCN、TiAlN、CBN等。自1985年Knotek等首次發表了關于TiAlN涂層的研究成果后，人們便對其優異的抗高溫氧化能力和良好的使用性能表示了極大的關注，已經用多種PVD方法成功自備了TiAlN膜。經過性能實驗結果可以看出，TiAlN涂層具有高的硬度和氧化溫度，隨著涂層的多層化和納米化，TiAlN涂層的性能在逐步提高。TiAlN作為一種新型涂層材料，具有硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、附著力強、摩擦系數小、導熱率低等優良特性，尤其用于高速切削時性能優異是目前國際工具行業最為推崇的超硬涂層。在日本和我國臺區，TiAlN涂層刀具的應用已相當廣泛。

物理氣相沉積(PVD)涂層刀具的出現，使刀具切削性能有了重大突破。PVD方法制備的TiAlN涂層適合用于高合金鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金等難加工材料的切削加工，因此國內外對高速鋼和常規顆粒度硬質合金刀具上涂覆的TiAlN涂層進行了大量的研究

本發明以TiAlN涂層刀具采用超細WC-Co硬質合金基體，表面采用特殊的低溫物理氣相沉積(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN單層涂層。

發明內容

本發明主要在超細WC-Co硬質合金基體上，采用低溫物理氣相沉積(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN單層涂層，制備出高性能的TiAlN涂層刀片。本方法制備出TiAlN涂層表面生成高強度的氧化物(剛玉)，涂層中的Ti含量控制在30-37％，Al含量控制在10％～13％之間，以保證刃口的鋒利性。

本發明選用Ti和Al原子比為60∶40的熱等靜壓鈦鋁合金靶作為濺射靶材，純Ti靶作為多弧靶材，氣體采用工業高純氬氣及氮氣。具體步驟：

(1)所有試樣按照嚴格的工業清洗標準清洗；

(2)將試樣放入爐中，抽真空；

(3)采用電子槍等離子增強的多弧技術，由Ar離子和Ti離子共同對試樣進行清洗打底；

(4)逐漸降低偏壓，并通入氮氣，沉積一定厚度的Ti/TiN復合過渡層(由純Ti逐漸過渡到TiN)；

(5)采用電子槍等離子輔助增強的非平衡磁控濺射技術沉積TiAlN涂層。

本發明的超細硬質合金的制備方法過程，進一步闡述：

(1)采用超細WC-xCo硬質合金刀片作為TiAlN涂層基體(其中x為6～10％)，所有試樣按照嚴格的工業清洗標準清洗；

(2)將試樣放入爐中，抽真空至5.0×10^-3～9.0×10^-3Pa；

(3)采用電子槍等離子增強的多弧技術，由Ar離子和Ti離子共同對試樣進行清洗打底；

(4)逐漸降低偏壓(-600V～-200V)，并通入氮氣，沉積一定厚度的Ti/TiN復合過渡層(由純Ti逐漸過渡到TiN)；

(5)TiAlN涂層的沉積采用電子槍等離子輔助增強的非平衡磁控濺射技術，電子槍電流115～145A，磁控靶電流15～20A。涂層沉積時真空度：0.10～0.45Pa，氮氣流量：40～80cm3/min，沉積偏壓：-50V～-80V，沉積時間：15～50min。

本發明的優點在于：基體成本低，具有高強度和硬度；結合先進的TiAlN涂層后具有優異的切削性能。

具體實施方式