[發(fā)明專利]TiZrCrAlN多元復(fù)合耐磨涂層刀具及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610259500.6
• 申請(qǐng)日: 2016-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN105803394B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋文龍;鄧建新;程杰;周珂;王首軍;李小冬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)寧學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06;C23C14/16;C23C14/32;C23C14/35
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司37212
• 代理人: 趙雙霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬切削刀具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TiZrCrAlN多元復(fù)合耐磨涂層刀具及其制備方法。

背景技術(shù)

對(duì)刀具進(jìn)行涂層處理是提高刀具性能的重要途徑之一。涂層刀具將刀具基體與涂層相結(jié)合，使刀具性能大大提高。TiN、ZrN等氮化物單涂層刀具自上世紀(jì)70年代成功應(yīng)用于切削刀具后，成為目前應(yīng)用最為廣泛的涂層刀具。然而，隨著切削加工技術(shù)的發(fā)展以及高速切削技術(shù)的推廣，二元氮化物涂層相對(duì)較差的韌性和耐磨性限制了其應(yīng)用。通過(guò)制備多元復(fù)合結(jié)構(gòu)的涂層可以顯著提高涂層的韌性、強(qiáng)度及耐沖擊性等綜合性能，涂層的多元復(fù)合結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為涂層刀具的重要發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種TiZrCrAlN多元復(fù)合耐磨涂層刀具及其制備方法，其目的在于，克服現(xiàn)有二元涂層刀具技術(shù)的不足，采用多弧離子鍍和非平衡磁控濺射復(fù)合鍍膜方法制備多元復(fù)合涂層，提高涂層的韌性、強(qiáng)度及耐沖擊性等綜合性能。

本發(fā)明TiZrCrAlN多元復(fù)合耐磨涂層刀具，包括刀具基體，涂層為Ti、Ti/Zr/Cr/Al和TiZrCrAlN；刀具由下至上依次為：刀具基體、Ti過(guò)渡層、Ti/Zr/Cr/Al過(guò)渡層和TiZrCrAlN多元復(fù)合涂層。

所述刀具基體的材料為硬質(zhì)合金或高速鋼。

本發(fā)明所述的TiZrCrAlN多元復(fù)合耐磨涂層刀具的制備方法，在刀具基體表面電弧離子鍍沉積Ti過(guò)渡層，然后多弧離子鍍+非平衡磁控濺射復(fù)合沉積Ti/Zr/Cr/Al過(guò)渡層，最后同時(shí)沉積TiZrCrAlN多元復(fù)合涂層(沉積時(shí)使用1個(gè)Ti電弧靶、1個(gè)Zr電弧靶、1個(gè)Cr非平衡磁控濺射靶和1個(gè)Al非平衡磁控濺射靶)，其制備步驟如下：

1)前處理：將刀具基體表面打磨、拋光，去除表面油污、銹跡等雜質(zhì)，然后依次放入酒精和丙酮中，超聲清洗各30min，去除刀具表面油污和其它附著物，電吹風(fēng)干燥充分后迅速放入鍍膜機(jī)，抽真空至5.0×10^-3Pa，加熱至300℃，保溫30-40min；

2)離子清洗：通Ar氣，其壓力為1.5Pa，開啟偏壓電源，電壓1000V，占空比0.5，輝光放電清洗15min；降低偏壓至800V，開啟離子源離子清洗25min，開啟Ti靶的電弧源，靶電流50A，偏壓500V，離子轟擊Ti靶2min；

3)沉積Ti過(guò)渡層：調(diào)整Ar氣壓0.5-0.6Pa，偏壓降至400V，沉積溫度300℃，Ti靶電流70A，電弧鍍Ti過(guò)渡層3-4min；

4)沉積Ti/Zr/Cr/Al過(guò)渡層：調(diào)整Ar氣壓0.5Pa，偏壓降至300V，Ti多弧靶的靶電流80A；Zr多弧靶電流為70A，Cr非平衡磁控濺射靶電流為35A，Al非平衡磁控濺射靶電流為30A，沉積溫度250-280℃，共沉積Ti/Zr/Cr/Al過(guò)渡層10min；

5)沉積TiZrCrAlN多元復(fù)合涂層：保持其它參數(shù)不變，開啟N₂，N₂氣壓1.0Pa，占空比為0.5，復(fù)合沉積沉TiZrCrAlN層50min；其它參數(shù)不變，占空比降為0.4，復(fù)合TiZrCrAlN多元復(fù)合涂層10min；占空比降為0.3，復(fù)合TiZrCrAlN多元復(fù)合涂層10min；占空比降為0.2，復(fù)合TiZrCrAlN多元復(fù)合涂層10min；

6)后處理：關(guān)閉各電源、離子源及氣體源，涂層結(jié)束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明TiZrCrAlN多元復(fù)合耐磨涂層刀具及其制備方法，采用多弧離子鍍和非平衡磁控濺射復(fù)合鍍膜方法制備多元復(fù)合涂層，表面涂層為TiZrCrAlN多元涂層，刀具基體與表面涂層之間有Ti過(guò)渡層和Ti/Zr/Cr/Al過(guò)渡層，以減小殘余應(yīng)力，增加涂層與刀具基體間的結(jié)合強(qiáng)度，該TiZrCrAlN多元復(fù)合耐磨涂層刀具在涂層中同時(shí)增加了Ti、Zr、Cr、Al等4中金屬，顯著提高涂層的強(qiáng)度和韌性，具有更好的耐沖擊性和抗磨損性，能夠改善原有二元涂層耐磨性差的缺點(diǎn)，顯著提高刀具的使用壽命以及切削性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的的TiZrCrAlN多元復(fù)合耐磨涂層刀具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、刀具基體，2、Ti過(guò)渡層，3、Ti/Zr/Cr/Al過(guò)渡涂層，4、TiZrCrAlN多元復(fù)合涂層。

具體實(shí)施方式：

下面給出本發(fā)明的兩個(gè)最佳實(shí)施例。

實(shí)施例一