[發明專利]與工具表面結合牢固的AlTiCrN/MoN納米多層涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201410053656.X
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103789726A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 趙海波;鮮廣;梁紅櫻;梁雅庭;杜昊;王輝
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 羅貴飛;梁鑫

技術領域

本發明屬于表面工程技術領域，具體涉及一種與工具表面結合牢固的AlTiCrN/MoN納米多層涂層及制備方法。

背景技術

隨著加工要求的不斷提高，工具加工技術及工具表面涂層技術也相應有了較大的發展。涂層在工具上的成功應用，使得工具原本的使用壽命提高2～5倍，明顯提高加工效率和節約了成本。TiN是應用最廣泛的工具表面用涂層，硬度24GPa左右，摩擦系數為0.55，最高使用溫度600℃，是低速切削的理想刀具涂層。CrN涂層硬度為19GPa左右，摩擦系數為0.3，最高使用溫度700℃，是理想的減摩涂層，但硬度偏低，不適宜于加工高硬度材料。為了改善涂層的性能，通常在TiN中加入Al元素進行合金化，TiAlN涂層的硬度可以提高到28GPa，使用溫度達700℃，進一步提高Al含量形成的高鋁AlTiN涂層，硬度可到34GPa，使用溫度可達900℃。TiAlCrN涂層是一種新型的保護涂層，具有高的硬度，并且摩擦系數略低于AlTiN涂層；但減摩潤滑效果不理想。同時，由于合金元素比較復雜以及各元素之間物理性能差異較大，TiAlCrN涂層與工具基體之間結合較差。

Mo具有減摩潤滑作用，許俊華（doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00751）等人報道了一種用磁控濺射方法制備的TiMoN涂層，指出在摩擦磨損過程中，涂層中的Mo與環境中的O₂或水反應，形成一層具有低剪切模量、自潤滑效應的MoO₃，降低了摩擦系數。但是，在Mo原子百分含量低于60%的情況下，TiMoN涂層的減摩效果不明顯。更主要的是，該報道指出TiMoN涂層與基體的結合力非常低，不到10N，因此不能進行實際應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種與工具表面結合牢固的AlTiCrN/MoN納米多層涂層及該涂層的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：與工具表面結合牢固的AlTiCrN/MoN納米多層涂層，在工具表面上由內而外一共有四層，依次是Ti結合層、TiN梯度結構層、AlTiCrN支撐層和AlTiCrN/MoN功能層。

其中，上述涂層中，所述Ti結合層的厚度為100～200nm，TiN梯度結構層的厚度為100～200nm，AlTiCrN支撐層的厚度為150～300nm，AlTiCrN/MoN功能層的厚度為500～2000nm。

其中，上述涂層中，所述Ti結合層和TiN梯度結構層是通過蒸發鍍膜技術獲得，所述AlTiCrN支撐層和AlTiCrN/MoN功能層是通過濺射鍍膜技術獲得。

其中，AlTiCrN支撐層和AlTiCrN/MoN功能層中鋁、鈦和鉻的原子比例關系為：Al_xTi_yCr_100－x－y，x:55～73，y:15～25。

其中，上述涂層中，所述AlTiCrN/MoN功能層是由納米級AlTiCrN單層和MoN單層交替疊加而成。

其中，上述涂層中，所述AlTiCrN單層和MoN單層的厚度之和（調制周期）在8～20nm之間。

其中，上述與工具表面結合牢固的AlTiCrN/MoN納米多層涂層中，所述工具為硬質合金刀具、高速鋼刀具、硬質合金模具或高速鋼模具。

本發明還提供與工具表面結合牢固的AlTiCrN/MoN納米多層涂層的制備方法，包括如下步驟：

a、工具基體前處理和加熱；

b、等離子清洗；

c、用蒸鍍法沉積得到Ti結合層；

d、再用蒸鍍法沉積得到TiN梯度結構層；

e、用磁控濺射法沉積得到AlTiCrN支撐層；

f、再用磁控濺射法沉積得到AlTiCrN/MoN功能層。

本發明與工具表面結合牢固的AlTiCrN/MoN納米多層涂層的制備方法所使用的設備是四川大學研發的PEMS-800多功能超硬薄膜工模具鍍膜機。