[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 |
| 地址: | 272001 山東省濟寧*** | 國省代碼: | 山東;37 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | alc alcn 涂層 刀具 及其 制備 工藝 | ||
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。
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