[發明專利]AlZrN多元復合硬質涂層刀具及其制備工藝

有效

• 申請號: 201610416789.8
• 申請日: 2016-06-15
• 公開（公告）號: CN106048538B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 宋文龍;鄧建新;李小冬;張璇
• 申請（專利權）人: 濟寧學院
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/02
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司37212
• 代理人: 耿霞

技術領域

本發明屬于機械制造金屬切削刀具領域，特別是涉及一種AlZrN多元復合硬質涂層刀具及其制備工藝。

背景技術

對刀具進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硬質涂層相結合，使刀具性能大大提高。TiN、ZrN、AlN等氮化物單涂層刀具自上世紀70年代成功應用于切削刀具后，成為目前應用最為廣泛的涂層刀具。然而，隨著切削加工技術的發展以及高速切削技術的推廣，二元氮化物硬質涂層相對較弱的韌性和耐磨性限制了其應用。文獻(Acta Materials.2011,59(1):68-74)報道了TiN硬涂層刀具切削加工時的作用機理及使用性能，但是這種硬涂層由于相對較高的摩擦系數，使用受到了限制。通過制備多元復合結構的涂層可以顯著提高硬質涂層的韌性、強度及耐沖擊性等綜合性能，涂層的多元復合結構已經成為涂層刀具的重要發展方向。但目前多元復合涂層主要是通過增加金屬過渡層改善不同涂層成分間物理性能差異，實際效果有待提高。

發明內容

本發明的目的在于克服目前現有二元刀具技術的不足，結合多元復合涂層結構的優點提供一種AlZrN多元復合硬質涂層刀具及其制備工藝。

本發明是通過以下方式實現的：

AlZrN多元復合硬質涂層刀具，刀具基體材料為高速鋼、硬質合金、陶瓷或立方氮化硼，刀具表面為氮含量梯度漸變的AlZrN多元硬質涂層，刀具基體與表面涂層之間依次為Zr過渡層、Zr/Al梯度過渡層。

AlZrN多元復合硬質涂層刀具的制備工藝，沉積方式為采用多弧離子鍍沉積方法，使用1個Zr多弧靶和1個Al多弧靶，在刀具基體表面依次沉積Zr過渡層、Zr/Al梯度過渡層及AlZrN多元硬質涂層。

具體包括以下步驟：

1)前處理：將刀具基體表面打磨、拋光，去除表面雜質，然后依次放入酒精和丙酮中，超聲清洗，經干燥后迅速放入鍍膜機，抽真空至8.0×10^-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Zr靶的電弧源，靶電流70A，偏壓500V，離子轟擊Zr靶2min；

3)沉積Zr過渡層：調整Ar氣壓0.5～0.6Pa，偏壓降至300V，沉積溫度260～280℃，Zr靶電流80A，電弧鍍Zr過渡層2～3min；Zr靶電流100A，電弧鍍Zr過渡層3～5min；

4)沉積Zr/Al梯度過渡層：Ar氣壓0.5～0.6Pa，偏壓250V，Zr靶電流100A，打開Al靶電流為60A，沉積溫度250～280℃，沉積Zr/Al過渡層2～3min；Zr靶電流調為80A，Al靶電流調為80A，沉積Zr/Al過渡層2～3min；Zr靶電流調為80A，Al靶電流調為100A，沉積Zr/Al過渡層2～3min；Zr靶電流調為80A，Al靶電流調為120A，沉積Zr/Al過渡層2～3min；

5)沉積AlZrN多元硬質層：保持其它參數不變，開啟N₂，N₂氣壓為0.8Pa，占空比為0.4，復合沉積AlZrN多元硬質層15min；其它參數不變，N₂氣壓調為1.0Pa，復合沉積AlZrN多元硬質層15min；N₂氣壓調為1.2Pa，復合沉積AlZrN多元硬質層15min；N₂氣壓調為1.5Pa，復合沉積AlZrN多元硬質層10min；

6)后處理：關閉各電源、離子源及氣體源，涂層結束。

與現有技術相比，本發明具有如下技術效果：

本發明通過多弧離子鍍方法制備了AlZrN多元復合硬質涂層刀具，其表面涂層為AlZrN多元硬質涂層，刀具基體與涂層間有Zr過渡層，Zr過渡層與表面AlZrN涂層間有Zr/Al過渡層，以減小殘余應力，增加涂層與刀具基體間的結合強度。該AlZrN多元復合硬質涂層由于在涂層中同時增加了Zr、Al等兩種金屬，且涂層結構成分氮含量梯度漸變，可改善涂層刀具的物理機械性能，增加涂層之間的結合力10％，提高涂層的強度和韌性15％，熱穩定性和耐沖擊性能提高15-20％，提高刀具的使用壽命及切削性能20％以上。該AlZrN多元復合硬質涂層刀具是一種新型的耐磨、耐高溫的涂層刀具，可廣泛應用于各種淬硬合金鋼的高速干切削加工。

附圖說明

圖1為本發明AlZrN多元復合硬質涂層刀具的涂層結構示意圖。