[發明專利]一種納米復合鋯鋁鉬氮化物刀具涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201710556057.3
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107287566A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 趙先銳;方一航;許輝;張夢賢;陳基根;薛雙喜;張平;曹振雨;馮尚申;李妮
• 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: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 高桂珍

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的納米復合鋯鋁鉬氮化物刀具涂層及其制備方法。

背景技術

涂層刀具是將刀具基體與硬質薄膜表層接合，有效地保持并顯現了基體與涂層各自的優點，從而可以提高加工效率和加工精度，延長刀具使用壽命，降低生產成本，以及提高刀具表面抗氧化能力等；因此，極大地改善了刀具性能。據統計，80％以上的切削加工使用了涂層刀具，80％以上的硬質合金刀具及高性能高速鋼刀具是涂層刀具，數控機床上所用切削刀具的90％以上都采用了表面涂層技術。目前，刀具涂層技術已經成為提升制造業技術水平的關鍵因素之一。

氮化物通常具有很高的硬度和強度、低摩擦系數、好的抗氧化性能和熱穩定性、高抗熱震性能,在需要減少摩擦和磨損的領域如刀具、模具等行業將有著重要用途,尤其是過渡族金屬氮化物常被用作刀具表面強化材料,以提高基體材料的表面性能。開發可用于刀具表面強化的新材料以獲得更加優異的金屬切削刀具，一直是金屬切削工藝不變的目標。

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一層納米復合鋯鋁鉬氮化物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。

本發明提供一種納米復合鋯鋁鉬氮化物刀具涂層，其配方為：鋯30～60at.％，鋁5～30at.％，鉬5～20at.％，氮20～50at.％。用本配方制成的鋯鋁硅氮化物涂層，其各成分含量之和應為100％。

上述涂層是在硬質合金基體上先沉積一層Zr/ZrN打底層，厚度為100～400納米；然后才沉積納米復合鋯鋁鉬氮化物涂層，厚度為2.8～3.4微米；涂層總厚度為2.9～3.8微米。

上述硬質合金基體可以為WC/CO硬質合金刀具。

本發明還提供上述納米復合鋯鋁鉬氮化物涂層的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)基體預處理工藝：將預鍍刀具放入盛有濃度為95％的酒精的超聲波清洗機中清洗5min，接著將取出的刀具烘干。

(2)沉積Zr/ZrN打底層：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℃。對基體施加400-600V負偏壓，濺射基體600-800s,濺射功率5-7kw。隨后降低基體負偏壓至280-320V，通入N₂，調節腔體氣壓至1-3Pa，溫度升高至450-550℃。使鋯靶通電，功率固定為200W，沉積Zr/ZrN打底層600-800s。

(3)沉積納米復合鋯鋁鉬氮化物涂層：然后使鉬靶和鋁靶通電，通過調節鉬靶和鋁靶的功率沉積不同原子百分比含量的鋯鋁鉬氮化物涂層，沉積時間240-300min。沉積結束后使刀具隨爐冷卻至150℃以下取出。

本發明所使用的基底為WC/CO硬質合金刀具，基體表面涂層為鋯鋁鉬氮化物硬質涂層。涂層顯微硬度達到33.6GPa，耐高溫氧化溫度可達1130℃。

本發明可通過改變涂層中各元素組分的含量調節涂層的顯微結構、硬度、摩擦系數和抗高溫氧化的性能，可以適應不同的切削環境和加工條件。

本發明的有益效果是：使用本發明所述涂層涂覆的刀具，切削速度和使用壽命可大幅度提高；通過調節涂層的顯微結構，可適用于各種不同的切削環境和加工條件。

附圖說明

圖1為本發明所述涂層的結構示意圖；

圖中，1為基體，2為Zr/ZrN打底層，3為納米復合鋯鋁鉬氮化物涂層。

具體實施方式

為了更好的說明本發明的技術方案，下面用具體實施例來進行進一步的說明。

實施例1

本實施例是在WC/CO硬質合金刀具基體上沉積鋯鋁鉬氮化物涂層，涂層分為兩層，一層為Zr/ZrN打底層，厚度為100～400納米；一層為納米復合鋯鋁鉬氮化物涂層，厚度為2.8～3.4微米；涂層總厚度為2.9～3.8微米。

本發明所述涂層配方分別如下：

鋯30at.％，鋁16at.％，鉬18at.％，氮36at.％

鋯36at.％，鋁15at.％，鉬20at.％，氮29at.％

鋯42at.％，鋁30at.％，鉬5at.％，氮23at.％

鋯55at.％，鋁5at.％，鉬20at.％，氮20at.％

鋯60at.％，鋁5at.％，鉬5at.％，氮30at.％