[發明專利]AlMoCN梯度復合涂層刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201710532645.3
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107338417B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 宋文龍;郭宗新;王首軍;張璇
• 申請（專利權）人: 濟寧學院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/32;C23C14/18;C23C14/16;C23C14/06
• 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AlMoCN梯度復合涂層刀具及其制備方法，該涂層采用非平衡磁控濺射和電弧鍍的復合鍍膜方法制備的AlMoCN梯度涂層刀具，涂層刀具由內至外依次為刀具基體、Ti過渡層、AlMoC過渡層和氮含量梯度漸變的AlMoCN梯度復合涂層。該AlMoCN超硬碳氮化合物涂層由于在涂層中同時增加了Al、Mo等兩種元素，且涂層結構成分氮含量梯度漸變，可提高刀具的綜合使用性能。該涂層刀具具有很高的硬度和強度，較低的表面摩擦系數，良好的抗擴散磨損性能和優異的摩擦磨損特性。切削過程中該刀具可減小干切削過程中的摩擦和切屑粘結，降低切削力和切削溫度35％以上，提高涂層刀具熱穩定性50％以上，提高刀具使用壽命和耐用度70％以上。

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AlMoCN梯度復合涂層刀具及其制備方法。

背景技術

隨著現代工業的發展，越來越多耐磨、耐熱、高硬度的工程材料被開發出來，工件材料水平的提高，必然導致加工過程中刀具加速磨損。從高速鋼刀具到硬質合金刀具，到超硬材料刀具，再到涂層硬質合金刀具、多元復合涂層刀具，刀具技術的發展十分迅速。刀具水平發展至今，擁有優越的性價比和綜合性能的多元復合涂層硬質合金刀具成為首選。目前工業發達國家的涂層刀具使用量已占刀具總數的80％以上，數控機床上所用的刀具90％以上是涂層刀具。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(Jinlong Li,Shihong Zhang,Mingxi Li.Influence of the C₂H₂flow rate on gradient TiCN films deposited bymulti-arc ion plating[J].Applied Surface Science,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。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)利用Ti、氮氣(N₂)與乙炔氣體(C₂H₂)在450℃沉積溫度下合成了TiCN涂層銑刀，解決了26NiCrMov145材料轉子加工難題。

TiCN涂層雖然具有高硬度、低摩擦系數的優點，但同時因其熱穩定性和紅硬性較差，僅適合應用于低速切削或具有良好冷卻條件的場合，需要對傳統TiCN涂層結構和制備方法進行改進。目前，多元化是材料改善力學性能、耐蝕性和耐磨性的有效途徑，通過制備多元復合涂層，既可提高涂層與基體的結合強度，又兼顧多種單涂層的綜合性能，顯著提高涂層刀具的性能。

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400-500℃，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。

發明內容

本發明的目的在于克服目前現有碳氮化合物涂層刀具性能及制備方法的不足，結合多元復合涂層結構的優點提供一種AlMoCN梯度復合涂層刀具及其制備方法。該刀具采用非平衡磁控濺射+電弧鍍的復合鍍膜方法，直接采用AlMoC復合靶提供碳源，且沉積溫度控制在300℃以下，可在更為廣泛的刀具或工具基體上制備。該涂層結構由基體到涂層表面依次為：Ti過渡層、AlMoC過渡層以及氮含量梯度漸變的AlMoCN梯度復合涂層。