[發(fā)明專利]ZrMoC/ZrMoCN疊層涂層刀具及其制備工藝

在審

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• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107400866A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 宋文龍;張璇;王首軍
• 申請（專利權）人: 濟寧學院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/02;C23C14/06;C23C28/00
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標代理有限公司37212
• 代理人: 蔡紹強

技術領域

本發(fā)明屬于機械制造金屬切削刀具領域，特別是涉及一種ZrMoC/ZrMoCN疊層涂層刀具及其制備工藝。

背景技術

當代切削加工技術的快速發(fā)展對刀具的材料和性能提出了更高的要求，干式、高速切削成為刀具切削發(fā)展的方向。在刀具表面沉積硬質薄膜成為改善和提高刀具使用性能的重要途徑。TiCN是目前最廣泛使用的三元碳氮化合物硬質涂層，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 C₂H₂ flow rate on gradient TiCN films deposited by multi-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(shù)的優(yōu)點，但同時因其熱穩(wěn)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(tǒng)TiCN涂層結構和制備工藝進行改進。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℃，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。

層狀復合材料是近幾年發(fā)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提高目前碳氮化合物涂層的韌性、穩(wěn)定性及減摩耐磨性等綜合性能。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有碳氮化合物涂層刀具性能及制備方法的不足，結合層狀復合材料結構的優(yōu)點，本發(fā)明目的在于提供一種ZrMoC/ZrMoCN疊層涂層刀具及其制備工藝。

本發(fā)明所述的ZrMoC/ZrMoCN疊層涂層刀具，包括刀具基體，刀具基體最外層為ZrMoCN涂層，刀具基體與ZrMoCN涂層間有Ti過渡層，ZrMoCN涂層與Ti過渡層之間是ZrMoC涂層與ZrMoCN涂層交替的復合疊層結構；

其中：

刀具基體材料為高速鋼、工具鋼、模具鋼、硬質合金、陶瓷、金剛石、立方氮化硼中的一種。

本發(fā)明所述的ZrMoC/ZrMoCN疊層涂層刀具的制備工藝，沉積方式為采用非平衡磁控濺射+中頻磁控濺射的復合鍍膜方法，沉積時使用2個非平衡磁控濺射ZrMoC復合靶，2個中頻磁控濺射Ti靶：首先采用中頻磁控濺射沉積Ti過渡層，然后采用非平衡磁控濺射方法交替沉積ZrMoC涂層與ZrMoCN涂層，最外層為ZrMoCN涂層。

所述非平衡磁控濺射ZrMoC復合靶中包含重量分數(shù)為40-70wt％的Zr、20-40wt％的Mo和10-20wt％的C，所述非平衡磁控濺射ZrMoC復合靶采用真空熱壓法制備，其制備方法具體如下：

(1)將重量配比好的粉末純度均為99.9％的Zr、Mo和C的粉末混勻并裝入模具，然后將裝有粉末的模具置于真空熱壓爐；

(2)升溫：首先快速升溫，并在升溫開始施加初始壓力30～50MPa，然后慢速升溫至1000～1500℃，保溫，混合粉經熱壓燒結后成型得樣品；

(3)燒結結束后樣品隨爐冷卻降溫至150℃以下后出爐。

所述的ZrMoC/ZrMoCN疊層涂層刀具的制備工藝，具體包括以下步驟：