[發明專利]AlC/AlCN疊層涂層刀具及其制備工藝

有效

• 申請號: 201710289472.7
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN106893975B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 宋文龍;王首軍;周珂
• 申請（專利權）人: 濟寧學院
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/32;C23C14/35;C23C28/00
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 蔡紹強

本發明屬于機械制造切削刀具領域，特別是涉及一種AlC/AlCN疊層涂層刀具及其制備工藝。采用非平衡磁控濺射+電弧鍍的復合鍍膜方法制備AlC/AlCN疊層涂層刀具，刀具基體表面為AlCN涂層，AlCN涂層與刀具基體之間有Ti過渡層，AlCN涂層與Ti過渡層之間為AlC涂層與AlCN涂層交替的復合疊層涂層結構。本發明制備工藝沉積溫度控制在300℃以下，可在更為廣泛的刀具基體上制備。本發明所制得的AlC/AlCN疊層涂層刀具綜合了AlC涂層和AlCN涂層的優點，具有更優異的化學穩定性和抗高溫氧化能力，可顯著改善涂層刀具的摩擦磨損性能，提高刀具的切削壽命和加工效率，同時該疊層復合結構的層間界面可阻止涂層柱狀晶的生長，阻礙裂紋和缺陷的擴展，提高涂層的硬度、韌性和耐沖擊性。

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AlC/AlCN疊層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。TiC和TiN涂層是最早應用在刀具表面上的涂層。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(ActaMaterials.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。TiCN是目前最廣泛使用的三元碳氮化合物涂層，TiCN涂層由于兼具TiC的高硬度和TiN的良好韌性，顯著提高了其摩擦磨損性能(JinlongLi,ShihongZhang,MingxiLi.InfluenceoftheC2H2flowrateongradientTiCNfilmsdepositedby multi-arcionplating[J].AppliedSurfaceScience,2013(283):134-144.)，已廣泛應用于銑削、攻牙、沖壓、成型及滾齒的加工，在高速切削時比普通硬質合金刀具的耐磨性高5-8倍。但TiCN涂層存在熱穩定性差的缺點，在高溫時涂層硬度下降太快(紅硬性較差)和摩擦系數增大，限制了其在高速切削和綠色干式切削過程中的推廣應用。

目前TiCN等碳氮化合物主要通過化學氣相沉積技術(CVD)等技術制備，即通過TiCl₄(或Ti靶)、CH₄(或C₂H₂)以及N₂等氣體反應生成，沉積溫度通常超過400℃，對基體產生不利影響，同時氣體碳源容易對涂層設備造成污染，制約了其廣泛應用。中國專利“汽輪機轉子輪槽銑刀表面TiCN多層復合涂層制備工藝”(專利號201510564738.5)采用Ti、氮氣(N₂)與乙炔氣體(C₂H₂)在450℃沉積溫度下制備了TiCN涂層銑刀，解決了26NiCrMov145材料轉子加工難題。

層狀復合材料是近幾年發展起來的材料增強增韌新技術，這種結構是通過模仿貝殼而來，因此又叫仿生疊層復合材料。自然界中貝殼的珍珠層是一種天然的層狀結構材料，其斷裂韌性卻比普通單一均質結構高出3000倍以上。因此，通過模仿生物材料結構形式的層間設計，制備出的疊層復合涂層可以顯著提高目前碳氮化合物涂層的韌性、穩定性及減摩耐磨性等綜合性能。

發明內容

針對現有三元碳氮化合物涂層刀具性能及制備方法的不足，本發明目的在于提供一種AlC/AlCN疊層涂層刀具及其制備工藝。

本發明所述的AlC/AlCN疊層涂層刀具，刀具基體最外層為AlCN涂層，AlCN涂層與刀具基體之間有Ti過渡層，AlCN涂層與Ti過渡層之間為AlC與AlCN交替的復合疊層結構。