[發(fā)明專利]一種TiAlN涂層的熱處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110435390.1
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102517560A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 郭偉;陳雅忱;周怡
• 申請（專利權）人: 長沙偉徽高科技新材料股份有限公司
• 主分類號: C23C14/58
• 分類號: C23C14/58;C23C14/06
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術領域

本發(fā)明涉及一種對物理氣相沉積涂層的熱處理方法，特別是指一種TiAlN涂層的熱處理方法。

背景技術

采用物理氣相沉積方法(PVD)方法制備的TiAlN涂層由于其比普通的涂層具有較高的硬度和抗氧化性，成為當前切削刀具領域應用最廣泛的涂層材料，但是未經(jīng)過熱處理的TiAlN涂層的硬度比較低，不能滿足更大范圍的工業(yè)化應用。

熱處理方法普遍應用于Al合金、鋼材等塊狀合金領域，此方法用在涂層領域不多。根據(jù)申請?zhí)枮?00810031820.1的發(fā)明專利公布的說明書，在一定的溫度下(650～1000℃)退火處理TiAlN涂層會產(chǎn)生時效硬化效應，通過控制時效處理的時間和溫度，保證涂層經(jīng)調(diào)幅分解析出納米尺寸的c-TiN和c-AlN，從而達到提高涂層硬度的目的，但在該專利中公開的最高硬度僅達到38.7Gpa，屬于普通的硬質(zhì)涂層，而且，由于該發(fā)明專利所提供的退火溫度和保溫時間范圍過于寬泛，很難達到一個精確的最優(yōu)的區(qū)間，從而使操作不易進行，較為復雜。除此之外，該發(fā)明所達到的最高硬度還不能很好地滿足硬質(zhì)基材料的切削加工。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種工藝方法簡單、硬化效果明顯的TiAlN涂層熱處理方法。

本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種TiAlN涂層的熱處理方法，將TiAlN涂層，置于保護氣氛中進行加熱、保溫，所述加熱溫度為910℃～990℃，所述保溫時間為125min～160min。

所述的保護氣氛為真空或惰性氣體。

所述的加熱溫度優(yōu)選為930℃-950℃，保溫時間優(yōu)選為125min-130min。

所述的TiAlN涂層采用陰極電弧法制備，所述的TiAlN涂層在硬質(zhì)合金基體上沉積。

所述TiAlN涂層中Ti的摩爾含量為0.32～0.68，Al的摩爾含量為0.68～0.32(輕元素N除外)。

其中Ti的摩爾含量優(yōu)選為0.35，相應的Al的摩爾含量優(yōu)選為0.65(輕元素N除外)。

本發(fā)明的工作原理簡述如下：

本發(fā)明由于采用上述工藝方法，對處于亞穩(wěn)態(tài)的c-TiAlN涂層進行高溫退火熱處理，使其轉化為(c)Ti?N和(h)AlN，從而達到更穩(wěn)定的狀態(tài)。但由于(h)AlN和c-TiAlN間晶體結構的差異，導致該轉化發(fā)生需要大的形核功，因此，需要對c-TiAlN涂層進行高溫退火熱處理。通過控制熱處理的溫度和時間，使涂層首先經(jīng)過調(diào)幅分解析出納米尺寸的(c)Ti?N和(c)AlN，并通過擴散自發(fā)生長。調(diào)幅分解后的TiAlN涂層由母相TiAlN及納米尺寸的析出相(c)Ti?N和(c)AlN組成，析出相和母相之間由于點陣常數(shù)的差別產(chǎn)生應變場，擔任位錯運動的障礙源，阻止位錯的運動，從而提高涂層的硬度。另外，通過控制處理的時間和溫度，可以有效保證析出相和母相TiAlN及納米尺寸的析出相(c)Ti?N和(c)AlN組成及析出相的量；因為，過高的熱處理溫度，析出的(c)AlN相轉變?yōu)?h)AlN相，降低涂層的硬度；過低的處理溫度則無納米尺寸的(c)Ti?N和(c)AlN相析出，從而不能使涂層硬度增加。同時，通過控制熱處理的時間，可以有效保證析出相(c)Ti?N和(c)AlN的析出量；由于析出相(c)Ti?N和(c)AlN的生長是通過擴散自發(fā)進行的，因此，太短的熱處理時間導致過小的析出相而不能有效的阻止位錯運動，達不到硬化的目的。因此，涂覆有經(jīng)熱處理的TiAlN涂層的道具，即使在切削過程中使涂層的溫度達到或經(jīng)過熱處理硬化所需的溫度，但由于時間極其短暫而達不到調(diào)幅分解所需的形核時間，因此，經(jīng)熱處理的TiAlN涂層作為刀具涂層在使用過程中其硬度及綜合機械性能不會發(fā)生大的改變。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

本發(fā)明所達到的技術效果是通過嚴格控制熱處理硬化的溫度和時間，從而達到較好的硬化目的，所得的涂層比現(xiàn)有技術公開所得到的涂層硬度高、附著力強，即與刀具基體容易結合且不易剝落，從而使涂層刀具的壽命延長。所以，經(jīng)過本發(fā)明處理過后的TiAIN涂層可用于高速切削、干切削，以及一些難加工材料切削的刀具，很好地保證加工，使刀具的使用壽命大大增加，提高其加工效率和改善已加工表面的質(zhì)量。

具體實施方式

實施例1