[發明專利]氮化硼系復合涂層、具有該復合涂層的梯度超細硬質合金刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201610083497.7
• 申請日: 2016-02-11
• 公開（公告）號: CN105603387B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 伍尚華;陳健;鄧欣;劉偉;何福坡;陳少華;劉汝德
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C23C16/30
• 分類號: C23C16/30;C23C16/42;C23C16/34;C23C16/44
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 趙蕊紅

1.一種氮化硼系復合涂層，其特征在于：包括用于沉積至刀具基體表面作為過渡層的TiBCN層、沉積于過渡層上作為結合層的Ni₃Si₂層和沉積于結合層上作為耐磨層的CBN層；

所述過渡層厚度為0.1-15微米；所述結合層的厚度為1.6-3微米；所述耐磨層的厚度為0.1-3微米；

所述TiBCN 層中硼的含量為10at%至15at%；所述TiBCN層的晶粒是小于2微米的粒狀至柱狀構型，所述TiBCN 層顯微維氏硬度為30Gpa以上。

2.根據權利要求1所述的氮化硼系復合涂層，其特征在于：所述過渡層厚度為2-8微米；所述結合層的厚度為1.6-2微米；所述耐磨層的厚度為1.0-2.0微米。

3.根據權利要求2所述的氮化硼系復合涂層，其特征在于：所述TiBCN層的晶粒是小于500nm的柱狀構型。

4.一種制備如權利要求1至3任意一項所述的氮化硼系復合涂層的制備方法，其特征在于：包括如下步驟，

（1）采用CVD 法沉積作為過渡層的TiBCN層，具體是采用MT-CVD 法制備TiBCN層，其制備溫度為 800-950℃，并且采用BCl₃作為硼源，BCl₃占總氣流的0 .5%-10%，乙腈用作碳源和氮源；

（2）采用高純Ni₃Si₂合金靶，用高純氮氣作為濺射氣體，在基體溫度500℃、壓力0.2Pa、濺射功率300W、濺射時間為2.5-4小時的濺射條件下制備作為結合層的Ni₃Si₂層，將結合層沉積于所述過渡層上；

（3）采用CVD 法將作為耐磨層的CBN層沉積于所述結合層上；

具體是將沉積好的Ni₃Si₂層襯底放入直流等離子體的噴射化學氣相沉積設備中，先通入BF₃、N₂和Ar三種氣體，在正偏壓30-40V條件下刻蝕25-35分鐘，對襯底進行清潔處理，刻蝕完后通入H₂，然后再沉積CBN層；

沉積CBN層所采用的工藝參數為：BF₃、N₂、Ar和H₂的流量分別為20sccm、2slm、4slm、5sccm，總反應氣壓為4kPa，襯底負偏壓為65V，襯底溫度為860℃，沉積時間為60min。

5.一種具有氮化硼系復合涂層的梯度超細硬質合金刀具，其特征在于：

由刀具基體和設置于刀具基體上的氮化硼系復合涂層構成；

所述刀具基體包括正常組織層、富鈷過渡層和貧鈷富立方相層，所述正常組織層、富鈷過渡層和貧鈷富立方相層按照從內而外的順序依次排列；

所述氮化硼系復合涂層包括用于沉積于貧鈷富立方相層表面作為過渡層的TiBCN層、沉積于過渡層上作為結合層的Ni₃Si₂層和沉積于結合層上作為耐磨層的CBN層；

所述過渡層厚度為0.1-15微米；所述結合層的厚度為1.6-3微米；所述耐磨層的厚度為0.1-3微米；

所述TiBCN 層中硼的含量為10at%至15at%；所述TiBCN層的晶粒是小于2微米的粒狀至柱狀構型，所述TiBCN 層顯微維氏硬度達到30Gpa以上。

6.根據權利要求5所述的具有氮化硼系復合涂層的梯度超細硬質合金刀具，其特征在于：

所述正常組織層的厚度大于2mm,所述富鈷過渡層的厚度為20-100微米；所述貧鈷富立方相層的厚度為20-50 微米。

7.根據權利要求6所述的具有氮化硼系復合涂層的梯度超細硬質合金刀具，其特征在于：通過權利要求4的方法制備所述氮化硼系復合涂層。