[發(fā)明專利]一種含有鋁鈦硅釔氮的納米復(fù)合涂層刀具及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410495930.9
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN104260440A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙先銳;王曉軍;方一航;許輝;張夢賢;徐愛嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 溫嶺市溫嶠友德工具廠
• 主分類號(hào): B32B5/14
• 分類號(hào): B32B5/14;B32B15/04;B32B9/04;C23C14/06;C23C14/46;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 蘇雪雪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含有鋁鈦硅釔氮的納米復(fù)合涂層刀具及其制作方法，屬于刀具涂層材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金涂層刀具是在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金刀具基體表面上，通過物理或化學(xué)的氣相沉積法，在刀具基體表面沉積具有高硬度、高耐磨性的金屬或非金屬的化合物，使在刀具的表面形成一層復(fù)合涂層，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)刀具基體材料，提高刀具的耐磨性和切削硬度。隨著切削技術(shù)的發(fā)展，高速切削、硬切削、干式切削是近年來切削技術(shù)研究的熱點(diǎn)。然而，這些加工過程中對(duì)刀具的要求更高。

目前，硬質(zhì)合金涂層刀具有上百種不同的涂層材料及涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，市場上常用的就有幾十種，每種涂層都有一定的適用刀具類型及切削條件。如TiN涂層由于結(jié)合力好，制備簡單，顏色漂亮，切削性能好，應(yīng)用非常廣泛，但其硬度只有23GPa左右，最高使用溫度只能達(dá)到500℃左右，仍然滿足不了高速切削的要求。另一方面，目前研究發(fā)現(xiàn)采用多層膜且每層厚度為納米級(jí)時(shí)硬度和韌性都迅速增大。因此，目前采用納米多層膜逐漸替代了單層膜和多層膜刀具涂層。

如中國專利（公開號(hào)：CN102242338B)公開了一種含周期性復(fù)合涂層的刀具及其制作方法，其包括刀具基體和在所述刀具基體上沉積的復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層包括位于底層的TiAlN基底層和位于表層的周期性涂層，該周期性涂層是以“TiSiN層到TiAlSiN層到TiSiN層到TiAlN層”為一個(gè)循環(huán)周期的多周期涂層。其在一定程度上提高了刀具的使用壽命，但是在硬度方面還有不足。

近年來，nc-MeTiN/a-Si3N4（nc是納米晶，a為非晶，Me可以為Al、Y、Zr等）納米復(fù)合涂層因其超高的硬度和耐高溫氧化性成為超硬膜研究的熱點(diǎn)之一，其硬度可以達(dá)到40GPa以上，耐高溫性能可以達(dá)到1000℃。可滿足對(duì)黑色金屬的高速干式硬切削條件，但是，由于其硬度過高，如直接沉積在硬質(zhì)合金基體上產(chǎn)生的殘余應(yīng)力過大，結(jié)合力很差。因此不易作為單獨(dú)涂層沉積在刀具上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種含有鋁鈦硅釔氮的納米復(fù)合涂層刀具及其制作方法，解決的問題是實(shí)現(xiàn)結(jié)合力好、高硬度、高耐磨性和抗高溫氧化性好的效果。

本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的，一種含有鋁鈦硅釔氮的納米復(fù)合涂層刀具，所述刀具包括刀具基體和沉積在刀具基體表面的復(fù)合涂層，所述復(fù)合涂層從內(nèi)到外依次為Ti-TiN涂層、以“TiNi涂層到Ti1-xAlxN涂層”為交替周期的納米多層膜涂層、nc-AlTiYN/a-Si3N4納米復(fù)合涂層；且所述Ti1-xAlxN涂層中的X為0～0.6。

本發(fā)明含有鋁鈦硅釔氮的納米復(fù)合涂層刀具，通過先在刀具基體上沉積一層Ti-TiN作為中間粘結(jié)層，為了解決本發(fā)明沉積的nc-AlTiYN/a-Si3N4納米復(fù)合涂層硬度過高而導(dǎo)致直接沉積在刀具基體上產(chǎn)生的殘余應(yīng)力過大而使結(jié)合力差的問題，再本發(fā)明通過在Ti-TiN涂層與nc-AlTiYN/a-Si3N4納米復(fù)合涂層之間沉積以“TiNi涂層到Ti1-xAlxN涂層”為交替周期的納米多層膜涂層，所述納米多層膜涂層能夠形成從內(nèi)到外硬度漸變的過渡層，從而實(shí)現(xiàn)提高硬度和耐磨性的同時(shí)又能夠使涂層與刀具基體之間具有較高的結(jié)合力。

在上述的含有鋁鈦硅釔氮的納米復(fù)合涂層刀具中，作為優(yōu)選，所述nc-AlTiYN/a-Si3N4納米復(fù)合涂層外還具有TiN涂層。通過在最外層沉積TiN涂層，目的是為了便于識(shí)別及提高美觀性。