[發明專利]一種AlCrSiCuN納米多層涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201710540817.1
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107523790B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 王啟民;費加喜;代偉;吳正濤
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32;C23C14/35
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明涉及一種AlCrSiCuN納米復合刀具涂層及其制備方法，屬于薄膜材料技術領域；本發明的AlCrSiCuN納米復合刀具涂層成分如下：Al：18～29at.％Cr：19～30at.％Si：6～9at.％Cu：0～12at.％N：46～55at.％；其制備方法是采用陰極電弧離子鍍技術和高功率脈沖磁控濺射技術(HIPPIMS)，在硬質合金刀具表面鍍覆AlCrSiCuN納米復合刀具涂層制備而成，該AlCrSiCuN刀具納米復合涂層通過引入Cu元素來制備涂層，實現性能提升的目的，具有高硬度，在高溫下具有低摩擦系數，高韌性，優越的干切削性能，在高速切削及表面防護領域具有重大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種刀具涂層及其制備方法，具體涉及一種AlCrSiCuN納米多層刀具涂層及其制備方法，屬于薄膜材料技術領域。

背景技術

表面涂層技術已經成為切削刀具領域的一項關鍵技術，對刀具性能的改善以及加工技術的進步起到了至關重要的作用。TiN涂層被認為是一種理想的耐磨涂層，被應用在許多需要耐磨的機器零部件上，但是TiN涂層在較高溫度(550℃以上)或者高速切削過程中形成局部高溫情況下，會造成TiN涂層表面發生局部氧化而形成疏松的TiO2。目前有在TiN涂層中添加Cr、Al等元素形成多組元的多元涂層，如TiCrN、TiAlN涂層，顯微硬度達到HV3000，具有比TiN涂層更高的抗機械磨損、抗磨料磨損性能，但仍不能滿足現代高速加工對刀具更好性能的要求。含Si納米復合涂層如TiSiN、AlTiSiN、AlCrSiN涂層具有硬度高、結合強度高、高溫穩定性好的優點，廣泛用于切削高溫合金、淬硬鋼、不銹鋼、鎳合金、鈦合金等難加工材料。

Cu是優良的熱的導體，同時金屬Cu具有較好的潤滑性能。將Cu元素引入涂層中能提升涂層的抗磨損性能，降低摩擦系數，提高膜基結合力，提高切削壽命。將Cu元素加入到AlCrSiN涂層中形成AlCrSiN/Cu納米多層涂層，這種方法還未見報道。

陰極電弧離子鍍技術是工業生產上最廣泛采用的技術，具有離化率高、涂層沉積速度高、膜基結合力高的特點。高功率脈沖磁控濺射技術制備的涂層表面顆粒較少，利用電弧離子鍍技術制備AlCrSiN涂層同時用高功率脈沖磁控濺射技術在該涂層中摻Cu，這種制備方法能夠減少涂層表面的顆粒，在刀具切削及表面防護領域具有重大的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用多弧離子鍍和高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)復合技術在硬質合金刀片上沉積AlCrSiCuN納米復合多層涂層的配方及制備方法。本發明在現有技術的基礎上，進一步提高了切削刀具的技術指標，以滿足快速發展的工業對刀具性能的要求。

為實現以上目的本發明采用的技術方案如下：

一種AlCrSiCuN切削刀具涂層，其中各元素的含量分別為Al：18～29at.％Cr：19～30at.％Si:6～9at.％Cu:0～12at.％N:46～55at.％各元素成分總和為100at.％

所述納米多層涂層的制備技術采用多弧離子鍍和高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)復合技術。

本發明的制備方法如下：

將經預處理后的硬質合金刀具固定在爐體內的工件架上，調節工件架轉速為2.5～5rpm，抽至本體真空1×10-3～8×10-3Pa，同時打開加熱器，升溫到300～400℃；

調節氬氣通入量為200～350sccm，調節真空室氣壓約為0.3～0.8Pa，基體加負偏壓600～1200V，進行輝光濺射清洗10～20min；

降低基體負偏壓至700～900V，開啟電弧離子鍍Cr靶，調節靶材電流為80～150A，以Cr離子高能轟擊基體3～5min，繼續降低基體負偏壓至500～650V，調節靶材電流為80～150A，以Cr離子高能轟擊基體2～5min，以活化基體表面；