[發明專利]一種ZrCrN/ZrMoN疊層刀具涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201710555850.1
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107287565B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 許輝;趙先銳;張夢賢;方一航;陳基根;吳建波;馮尚申;曹振雨;張平;薛雙喜
• 申請（專利權）人: 臺州學院
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06
• 代理公司: 32207 南京知識律師事務所
• 代理人: 高桂珍

本發明屬于金屬表面涂層技術領域，公開了一種在WC/CO硬質合金基體上沉積ZrCrN/ZrMoN疊層刀具涂層及其制備方法。本發明所述的ZrCrN/ZrMoN疊層涂層從基體到表層依次為：Cr/CrN過渡層、ZrCrN層、ZrMoN層……ZrCrN層、ZrMoN層。單層涂層厚度為40～80nm，涂層總厚度為3～4微米。本發明所述的涂層采用多弧離子鍍技術沉積。涂層中含有鋯、鉬、鉻和氮四種元素，涂層顯微硬度達到37.3GPa，耐高溫氧化溫度可達1240℃，劃痕法測得涂層與基體見的結合力可達132N，摩擦系數為0.28。通過本發明制備的硬質合金刀具有較高的膜基結合力，較低的摩擦系數，可實現對高硬度的金屬材料進行高速干切削。

技術領域

本發明屬于金屬表面涂層技術領域，涉及一種采用多弧離子鍍技術沉積一種ZrCrN/ZrMoN疊層刀具涂層及其制備方法。

背景技術

隨著現代科學技術的快速發展，人們對機械部件提出了更高的綜合性能要求，但有些要求往往超出了單一材料可以達到的性能范圍。例如，對于在高溫環境中使用的部件，除了要求其有較高的高溫強度外，還要求它具有良好的抗高溫氧化、腐蝕、沖蝕和磨損的能力。對于在劇烈磨損環境中使用的工具，則對其在高溫強度、韌性、耐磨性等方面都提出了比以前更高的要求。單一的材料往往不可能滿足上述的所有性能要求，而采用涂層方法制備的材料組合則可以有效地發揮各種材料的優點，同時避免各自的局限性。

最早的硬質耐磨涂層一般是應用在合金刀具上，在刀具基體上涂覆一層高硬物質涂層，提高刀具表面的耐磨性，抗粘合性，抗氧化性以及減小摩擦系數，從而提高了刀具的使用壽命。隨著涂層技術的不斷發展與完善以及耐磨涂層材料的開發，越來越多的涂層應用于需要耐磨及防護的機械零部件上來提高材料的耐磨、耐熱和防腐性能。發展新型涂層材料和涂層制備技術一直是涂層技術重要內容，本發明就提供了一種新型的應用于刀具的涂層。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在硬質合金刀具表面涂覆了ZrCrN/ZrMoN疊層的刀具涂層及其制備方法。本發明的具體技術方案如下所述。

本發明提供一種ZrCrN/ZrAlN疊層刀具涂層，所述的ZrCrN/ZrAlN疊層涂層從基體到表層依次為：Cr/CrN過渡層、及ZrCrN層和ZrMoN層交替層疊的涂層。單層涂層厚度為40～80nm，涂層總厚度為3～4微米。

本發明還提供一種上述納米復合鋯鉬鉻氮化物涂層的制備方法，其具體步驟如下：

(1)將清洗后的刀具均勻的固定在工件架上，裝入多弧離子鍍鍍膜機中，調節工件架轉速為10-165r/min。抽至本底真空5×10^-4Pa，通入Ar氣調節腔體氣壓至0.1-0.5Pa，同時打開加熱器升溫至350-450℃。

(2)對基體施加400-600V負偏壓，濺射基體600-800s，濺射功率5-7kw。

(3)沉積Cr/CrN過渡層：使鉻靶通電后關閉鉻靶，再降低基體負偏壓至280-320V，通入N₂，關閉Ar氣，調節腔體氣壓至1-3Pa，溫度升高至450-550℃。使鉻靶通電，靶電流50～60A，沉積Cr/CrN過渡層600-800s。

(4)沉積ZrCrN層：使鋯靶通電，靶電流90～100A，沉積ZrCrN層600-800s。

(5)沉積ZrMoN層：關閉鉻靶，使鉬靶通電，靶電流50～60A，沉積ZrMoN層600-800s。

(6)沉積ZrCrN層：關閉鉬靶，使鉻靶通電，靶電流50～60A，沉積ZrCrN層600-800s。

(7)重復(5)、(6)步驟……交替沉積ZrCrN、ZrMoN涂層110～130min

(8)沉積結束后使刀具隨爐冷卻至150℃以下取出。