[發明專利]用于刀具的復合層及包括該復合層的刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201610778954.4
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106282919B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 毛昌海
• 申請（專利權）人: 艾瑞森表面技術（蘇州）股份有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C28/04
• 代理公司: 蘇州華博知識產權代理有限公司 32232
• 代理人: 張芹

本發明公開了一種用于刀具上的復合涂層及包括該復合層的刀具及其制備方法，所述復合涂層包括Ti_1?x?y?zCr_xAl_ySi_zN層，所述Ti_1?x?y?zCr_xAl_ySi_zN層上依次設有具有納米多層結構的Ti_1?x?y?zCr_xAl_ySi_zN/VN中間層和VN層，其中，0＜x≤0.15，0.3≤y≤0.66，0＜z≤0.15；所述制備方法首先采用物理氣相沉積方法利用TiCrAlSi靶在耐磨器具基體上沉積Ti_1?x?y?zCr_xAl_ySi_zN層，再在Ti_1?x?y?zCr_xAl_ySi_zN層上沉積具有納米多層結構的Ti_1?x?y?zCr_xAl_ySi_zN/VN中間層，最后再沉積VN層。

技術領域

本發明屬于材料表面改性技術領域，具體涉及一種用于刀具的復合層及包括該復合層的刀具及其制備方法。

背景技術

TiAlN涂層是目前切削刀具應用最為廣泛的涂層材料，但其高溫抗氧化性的限制，使其熱服役溫度低于900℃。TiAlN涂層的晶體結構和力學性能在很大程度上取決于涂層中的Al含量，當Al含量超過TiN的固溶度時，立方結構的TiAlN向六方相(w)AlN轉化而使其力學和熱性能顯著下降。另外，在保持涂層為立方結構時，涂層的力學性能和高溫抗氧化性能隨涂層中的Al含量增加而上升，因此，TiAlN涂層中的Al含量控制顯得尤為重要。

切削刀具切削過程中，刀具表面與工件之間劇烈的摩擦使切削區域的溫度急劇上升，尤其在切削一些難加工材料時，刀具刃口的溫度可能達到1000℃以上，超過了TiAlN涂層的服役溫度。一般來說，有兩種改善涂層性能的辦法來滿足切削加工需求：一種是提高涂層材料的熱服役溫度；另一種是降低涂層材料的摩擦系數來降低切削區域的溫度。

在TiAlN涂層中添加合金元素是目前常用的改善TiAlN涂層性能的方法。在TiAlN涂層中添加Si元素可顯著提高涂層的耐磨性和高溫抗氧化性能，但Si的加入降低了涂層中Al的固溶度，使其涂層結構向六方結構轉化而降低其力學性能；若減少Al含量來獲得立方結構則會降低其抗氧化性能。另外，在TiAlN涂層中添加Cr元素可在保證涂層為立方結構的前提下提高涂層中Al的固溶度；除此之外，在TiAlN涂層中添加Cr元素可提高涂層的硬度和抗氧化性能。TiAlN涂層在切削刀具得到廣泛應用的另一主要因素是其在高溫時發生調幅分解而產生時效硬化，因而其切削刀具在使用過程中會產生自硬化效應。Ti_1-aAl_aN涂層的時效硬化效應與其Al含量密切相關，僅當0.3≤a≤0.70時，涂層具有時效硬化效應；超出此范圍時，Ti_1-aAl_aN涂層無時效硬化效應。

VN涂層在高溫時與空氣中的氧氣反應生成具有低摩擦系數的含釩氧化物，因此，VN涂層刀具在切削過程中會產生自潤滑效應。但VN的抗氧化溫度和硬度相對較低，也在一定場合上限制了其應用領域。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種用于刀具的復合層及包括該復合層的刀具及其制備方法，從而使其具有高硬度、高耐磨性、時效硬化及優異的高溫抗氧化能力和VN的低摩擦系數的優勢，提高了涂層的使用性能和應用領域。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：