[發(fā)明專利]一種用于高溫服役的納米多層涂層及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710826833.7
• 申請(qǐng)日: 2017-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN107815643A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮利民;李偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海新弧源涂層技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，涉及一種新型硬質(zhì)保護(hù)涂層，具體來說是一種用于高溫服役的 TiSiN/CrAlTiN納米多層涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

涂層技術(shù)是近幾十年應(yīng)市場(chǎng)需求發(fā)展起來的材料表面改性技術(shù)，采用涂層技術(shù)可以有效解決刀具材料的硬度、耐磨性和抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性之間的矛盾，有效提高切削刀具使用壽命，使刀具獲得優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，從而大幅度提高機(jī)械加工效率和使用。涂層技術(shù)以其效果顯著、適應(yīng)性好、反應(yīng)快等特點(diǎn)，對(duì)刀具性能的提高和切削技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮十分重要的推動(dòng)作用，被稱為切削刀具制造領(lǐng)域的三大關(guān)鍵技術(shù)之一。

涂層材料由最初的TiC、TiN等二元涂層發(fā)展到TiCN、TiAlN、CrAlN等三元涂層，以及通過加入新的元素形成的多元涂層等。然而，隨著目前切削技術(shù)逐漸向高速切削和干式切削方向發(fā)展，涂層的服役溫度日益提高，不僅對(duì)涂層材料的硬度、彈性模量、耐磨性等力學(xué)性能要求較高，而且對(duì)涂層在高溫服役下的紅硬性、抗高溫氧化等性能也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的涂層已逐漸不能滿足現(xiàn)代切削技術(shù)的要求，因此迫切需要開發(fā)適合高溫條件服役的新型保護(hù)性涂層材料。通過查文獻(xiàn)得知，研究人員在新型耐高溫涂層領(lǐng)域做了較多的嘗試，也取得不少有益的成果，具體如下：

申請(qǐng)?zhí)枮?01210010276.9的專利涉及一種SiCN/TiCN多層膜刀具涂層及其制備方法。該涂層由SiCN和TiCN交替沉積制備，涂層最外層為SiCN層，最內(nèi)層為TiCN。這種多層涂層充分結(jié)合了SiCN和TiCN薄膜的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了一種涂層多功能化，即具備低摩擦、高硬度和抗氧化等特點(diǎn)，同時(shí)可顯著降低刀具表面粗糙度。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410158509.9的專利涉及一種多層AlCrN切削刀具涂層及其制備方法，所述 Cr界面植入層沉積于刀具基體的表面，Cr界面植入層的厚度為50～300nm；CrN結(jié)合層的厚度為0.1～1μm，CrN/AlCrN支撐層的厚度為0.5～3μm；AlCrN功能層的厚度為1～3μm；所述CrN/AlCrN支撐層為CrN和AlCrN調(diào)制納米多層漸變結(jié)構(gòu)，調(diào)制周期為2～10nm。對(duì)基體表面進(jìn)行輝光清洗；打開金屬Cr靶，沉積Cr界面植入層，沉積CrN結(jié)合層；開啟Cr金屬和AlCr合金靶，沉積CrN/AlCrN支撐層；沉積AlCrN功能層。具有超過60N的結(jié)合力，40GPa 的硬度，低達(dá)0.3的摩擦系數(shù)，刀具壽命可提高5倍以上。

申請(qǐng)?zhí)枮?01010176320.4的專利涉及一種納米復(fù)合鈦鉻硅氮化物刀具涂層及其制備方法，刀具基體為WC/Co硬質(zhì)合金，涂層包含有過渡層的鈦鉻硅氮化物涂層，其中含有鈦，鉻，硅，氮元素，晶粒大小在5～15nm，涂層厚度1～4μm，涂層顯微硬度26Gpa，高溫穩(wěn)定性達(dá)到1068℃以上，本發(fā)明的納米復(fù)合鈦鉻硅氮化物涂層刀具采用離子鍍與濺射鍍相結(jié)合的方式制備的涂層刀具，適用于高速條件下的高硬度鋼材料切削加工。

申請(qǐng)?zhí)枮?01510262099.7的專利涉及一種AlCrSiN基多層納米復(fù)合刀具涂層及其制備方法，屬于刀具涂層制備技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明的AlCrSiN基多層納米復(fù)合刀具涂層的刀具基體為 WC-Co硬質(zhì)合金或高速鋼，涂層結(jié)構(gòu)包含Ti金屬結(jié)合層、AlTiN過渡層和AlCrSiN主耐磨層；其中AlTiN過渡層的組成為鋁29～35at.％，鈦15～20at.％，氮47～51at.％，AlCrSiN主耐磨層組成為：鋁25～30at.％，鉻20～25at.％，硅1～10at.％，氮45～50at.％。其中過渡層AlTiN涂層由高功率脈沖磁控濺射技術(shù)制備；AlCrSiN涂層采用電弧離子鍍技術(shù)制備；該AlCrSiN基多層納米復(fù)合涂層體系具有硬度高、摩擦系數(shù)低、內(nèi)應(yīng)力低、結(jié)合強(qiáng)度高、高溫穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

申請(qǐng)?zhí)枮?01210011554.2的專利涉及一種納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的V-Al-N硬質(zhì)涂層，成分表示為(V1-xAlx)N，其中，1-x為0.41～0.6，x為0.4～0.59，在保證較低摩擦系數(shù)的同時(shí)，能夠保證具有較高的硬度，特別適合作為刀具涂層。本發(fā)明公開了一種納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的V-Al-N 硬質(zhì)涂層的制備方法，包括以下步驟：基體清洗；沉積涂層：在真空室中，將Al靶安裝在中頻陰極上，V靶安裝在直流陰極上，通入Ar氣和N2氣，通過調(diào)節(jié)Al靶的功率和V靶的功率，在250℃～500℃和0.3Pa～1.0Pa條件下，對(duì)基體濺射沉積納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的V-Al-N硬質(zhì)涂層。

然而，上述涂層仍存在硬度、耐磨性等力學(xué)性能不高，以及高溫穩(wěn)定性較低的問題，不能滿足高速切削和干式切削所要求的高熱穩(wěn)定性、高溫力學(xué)性能等性能要求。

發(fā)明內(nèi)容