[發明專利]一種類金剛石基納米復合涂層刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201310267781.6
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103317793A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 田燦鑫;閆少建;韓濱;付德君
• 申請（專利權）人: 宜昌后皇真空科技有限公司
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;B32B9/04;C23C14/16;C23C14/06;C23C14/32
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 周宗貴;劉榮

技術領域

本發明提供了一種類金剛石基納米復合涂層刀具，應用于機械加工行業，屬于超硬涂層刀具領域，本發明還提供了上述刀具的制備方法。

背景技術

?隨著涂層刀具技術的發展，以超硬刀具應用為基礎的高速切削、干切削等綠色加工技術在汽車制造、航空航天、模具工業、電子行業等領域得到廣泛的應用。類金剛石（DLC）薄膜硬度高、耐磨損、摩擦系數小，類金剛石涂層刀具耐用度大大提高，工件加工精度和表面質量也大幅度提升，解決了很多難加工材料的加工難題，提高了切削生產率，經濟效益顯著。

世界各國對類金剛石涂層制備及應用進行了許多有益的嘗試，包括離子束沉積、化學氣相沉積（CVD）以及物理氣相沉積（PVD）方法如陰極電弧沉積(CAD)以及磁控濺射等，其中離子束沉積離子種類和離子能量可控，過濾掉中性粒子，但沉積速率低、設備成本高。CVD方法沉積速率較快，但制備溫度較高，對工件的耐溫性要求較高，不能適用于普通鋼鐵材料；CAD方法沉積速率較快，但放電過程中產生大量的液滴難以消除，涂層表面光潔度和耐腐蝕性能受到較大影響，為消除液滴必須進行過濾，導致沉積速率大幅度下降。磁控濺射方法易于大面積成膜，不受基體形狀和條件影響，可通過控制等離子體的功率和氣壓來控制沉積條件。但濺射方法的載能離子與中性粒子的比率較低，難以制備很高硬度的DLC涂層。

作為一種具有高硬度、高彈性模量、高耐磨性和低摩擦系數等一系列優異的性能的涂層，目前得到應用的是CVD類金剛石涂層。其他DLC涂層沉積技術得到產業化的報到還比較少。

發明內容

本發明提供了一種類金剛石基納米復合涂層刀具，該涂層刀具具有較高的硬度、良好的耐磨和潤滑性能。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

一種類金剛石基納米復合涂層刀具，至少包括刀具基體，所述的刀具基體上由內至外依次附著有連接層、梯度層和主耐磨層；所述的連接層附著在刀具基體上，連接層為Mo，梯度層附著在連接層上，所述的梯度層為Mo-C層，梯度層中碳含量由內至外逐漸增多；所述的主耐磨層附著在梯度層上，主耐磨層為摻雜有碳化鉬的類金剛石涂層，即MoC-DLC層。

所述連接層的厚度為5～50納米；所述梯度層的厚度50～1000納米；所述主耐磨層的厚度為1～5微米。

所述的刀具基體的材質為工具鋼、高速鋼或硬質合金鋼。

所述的梯度層中，碳含量由內至外逐漸增多，且漸增多至60at.%。

所述的主耐磨層中，MoC含量為10～30at.%。

本發明中還提供了制備上述類金剛石基納米復合涂層刀具的方法，在該制備工藝中對刀具基體材質的耐溫性要求不高，因此易于產業化推廣。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

一種制備上述類金剛石基納米復合涂層刀具的方法，包括以下步驟：（1）、將表面潔凈的刀具基體裝夾在工件架上進行輝光清洗；

（2）、輝光清洗結束后，在Ar氣環境、真空度7×10^-3~5×10^-2Pa、100~200℃、-800~-1000V偏壓條件下，打開Mo材質空心陰極離子源，在刀具基體上沉積Mo連接層；

（3）、在Ar氣、乙炔混合氣體環境、真空度1~3.0Pa、100~200℃、-50~-200V偏壓條件下，在Mo連接層上沉積Mo-C梯度層；

（4）、在乙炔環境下，在真空度1.0~5.0Pa、100~200℃、偏壓-50~-300V條件下，在Mo-C梯度層上沉積MoC-DLC主耐磨層，沉積結束后，自然冷卻，即得到類金剛石基納米復合涂層刀具。

本發明克服了現有的類金剛石涂層制備技術的不足，在各種材質的刀具基體材料上制備Mo摻雜類金剛石基納米復合材料，通過空心陰極離子源本身提供Mo，通過空心陰極離子源離化效應提供C，通過控制空心陰極離子源電流大小，含碳氣體流量來實現類金剛石基復合涂層梯度結構。本發明的方法一方面使類金剛石基復合涂層具有較高硬度；另一方面Mo連接層在高真空下涂覆，殘余氣體影響小，再加上空心陰極離子源提供高純度的Mo離子，沒有大顆粒金屬熔滴影響，確保了涂層在刀具基體上的附著力；此外再加上梯度層Mo-C進一步提高了涂層在刀具基體的附著性能，同時消除了硬度突變而極易出現的涂層崩裂失效。

本發明制備的類金剛石基納米復合材料硬度高，表面光滑，摩擦系數低，同時沉積溫度低，工藝條件方便調節，可重復性高，極易實現大規模工業化。

附圖說明