[發明專利]一種TiAlN復合涂層及其設有該涂層的刀具的制備方法

有效

• 申請號: 201310399776.0
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103469154A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 劉昌斌;湯昌仁;姚鵬
• 申請（專利權）人: 江西稀有稀土金屬鎢業集團有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/22;C23C14/54;B32B9/00
• 代理公司: 北京王景林知識產權代理事務所 11320
• 代理人: 王景林;梁潔

技術領域

本發明涉及一種擁有優異的力學和抗氧化性能的TiAlN復合涂層刀具及其制備方法。本發明還涉及一種TiAlN復合涂層。

背景技術

由Al替代面心立方TiN中Ti原子會形成的亞穩相固溶體Ti-Al-N涂層。由于其優異的力學性能和高溫抗氧化能力而成為切削刀具普遍應用的刀具涂層材料。

Ti-Al-N涂層的力學和抗氧化性能隨涂層中Al含量的上升而提高，直至涂層中Al含量超過TiN中Al的固溶度(～0.6)；此時，Ti-Al-N涂層的晶體結構由TiN的立方結構向六方的AlN結構轉化，從而使其力學性能和抗氧化能力下降。

因此，在保證Ti-Al-N涂層立方結構的前提下盡可能地提高涂層中的Al含量，才有望進一步改善涂層的力學和抗氧化性能。

然而，現有技術一直沒有能夠解決上述矛盾。

發明內容

本發明的目的是提供一種TiAlN多層涂層材料，其能表現出Al含量較高的并具有優異的力學和抗氧化性能。

本發明的另外一個目的是提供一種含有這TiAlN復合涂層的刀具，其能表現出Al含量較高的并具有優異的力學和抗氧化性能。

本發明的再一目的是提供一種以上復合涂層刀具的制備方法，其工藝簡單、設備常規、生產成本低。

為此，本發明提供了一種TiAlN基多層涂層，所述多層涂層包括TiAl金屬過渡層、TiAlN基底層、和位于表層的周期性多層涂層，該周期性涂層是以“Ti_1-xAl_xN到Ti_1-yAl_yN到Ti_1-zAl_zN”為一個循環周期的多周期涂層。

優選地，所述周期性涂層復合了Ti_1-xAl_xN到Ti_1-yAl_yN到Ti_1-zAl_zN，經大量研究發現，TiAlN涂層的Al含量低于60%時，涂層的結構為立方結構，因此，本發明在TiAl金屬層的基礎上沉積一層擁有立方結構的Ti_1-xAl_xN層，其厚度控制在50nm～500nm，該層可改善涂層與基體的結合強度，更重要的是，可促進后續沉積的“Ti_1-xAl_xN到Ti_1-yAl_yN到Ti_1-zAl_zN”呈立方結構生長。

優選地，所述多層涂層的總厚度為1μm～10μm，優選為2μm～6μm。因為所述多層涂層如果過薄，會影響到多層涂層的保護性能和保護效果，但過厚的多層涂層不僅會產生過高的應力，導致涂層易剝落，而且成本也隨之增加。

優選地，所述Ti_1-xAl_xN層的單層厚度為2～50nm，優選2～10nm。

優選地，所述Ti_1-yAl_yN層的單層厚度為2～10nm，優選2～6nm。在本發明中，如果該層過厚，Ti_1-yAl_yN層過厚則不能沿立方結構的Ti_1-xAl_xN層外延生長為立方結構而轉化為六方結構，其力學和抗氧化性能均會降低；而過薄則難以控制，也起不到提高涂層Al含量的效果。

優選地，所述Ti_1-zAl_zN層的單層厚度為2～10nm，優選2～6nm。在本發明中，如果該層過厚，Ti_1-zAl_zN層過厚則不能沿已經獲得立方結構生長的Ti_1-yAl_yN層外延生長為立方結構而轉化為六方結構，其力學和抗氧化性能均會降低；而過薄則難以控制，也起不到提高涂層Al含量的效果。

優選地，所述Ti_1-xAl_xN層中0.5≤x≤0.6，首先確保涂層為立方結構，x值過低或者過高均會影響涂層的性能。

優選地，所述Ti_1-yAl_yN層中0.6≤y≤0.8，如果y值過高則會增加和Ti_1-xAl_xN層的晶格差異而影響其外延生長，過低則起不到提高Al含量的效果。