[發明專利]一種柔性硬質復合涂層及其制備方法和涂層刀具

有效

• 申請號: 201710934485.5
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107747093B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 鄒長偉;陳詩敏;梁楓
• 申請（專利權）人: 嶺南師范學院
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04;C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供一種柔性硬質復合涂層及其制備方法和涂層刀具。本發明提供的柔性硬質復合涂層，包括在基體表面依次設置的AlCrN過渡層和納米復合層，所述納米復合層包括在AlCrN過渡層表面依次交替設置的CrON層和AlON層。本發明以AlCrN為過渡層，增強納米復合層與基體之間的連接，CrON層和AlON層組成的納米復合層能夠提高涂層韌性，并且CrON層和AlON層的依次交替可以降低涂層的應力，增加涂層的晶面結構及晶界，進一步提高硬度和抗高溫氧化特性。實驗結果表明，本發明提供的柔性硬質復合涂層的硬度可達28GPa，彈性恢復系數可達70％。

技術領域

本發明涉及硬質涂層技術領域，特別涉及一種柔性硬質復合涂層及其制備方法和涂層刀具。

背景技術

硬質涂層是進行材料表面強化、發揮材料潛力、提高生產效率的有效途徑，它是表面涂層的一種，是指通過物理或化學方法在基地的表面沉積的顯微硬度大于某一特定值的表面涂層。硬質涂層已經被廣泛應用于切削業、模具工業、地質鉆探、紡織工業、機械制造以及航空航天領域，并發揮著越來越重要的作用。其中，硬質涂層在切削業的應用，不僅可以加工普通切削工具如刀具、鉆頭等難以加工的材料，而且可以提高切削的精準度，發揮出超硬、強韌、耐磨、自潤滑等優勢，被認為是切削史上的一次革命。

硬質納米復合涂層是新一代涂層的代表，典型的代表如二元nc-TiN/a-Si₃N₄硬質復合涂層，其優點主要在于提升涂層的硬度，使涂層獲得盡可能高的硬度。鍍膜領域通常將硬度H>40GPa的納米復合涂層稱為超硬納米復合涂層。目前主要有兩大類二元納米復合涂層能夠提升硬度，硬質合金相/硬質相納米復合涂層和硬質相/軟質相納米復合涂層。

然而硬度的提升并不是評價硬質納米復合涂層的唯一指標，對于許多應用場合，提高涂層的韌性比追求超高硬度更重要。然而超硬材料通常都是脆性的，幾乎不發生塑性變形，在非常小的應變條件下即發生失效。如現有涂層中的超硬納米復合涂層如TiSiN，TiSiAlN，nc-TiN/a-Si₃N₄涂層的硬度非常高，但韌性很差，塑性變形小，容易開裂；而高分子有機材料塑性較好，但硬度較差，不適應高速加工的需求。因此，提高硬質涂層的韌性，使其在高應變條件下亦不易產生裂紋，以滿足大部分應用需求成為目前硬質涂層的研究重點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性硬質復合涂層及其制備方法和涂層刀具。本發明提供的柔性硬質復合涂層具有良好的硬度和韌性。

本發明提供了一種柔性硬質復合涂層，包括在基體表面依次設置的AlCrN過渡層和納米復合層，所述納米復合層包括在AlCrN過渡層表面依次交替設置的CrON層和AlON層。

優選的，每層CrON層和AlON層的厚度分別獨立地為3～20nm。

優選的，所述CrON層的數量為10～50層。

優選的，所述CrON層按原子百分比計，包括：鉻34～45at.％，氧12～18at.％和氮40～50at.％。

優選的，所述CrON層為包括CrN納米晶和Cr₂O₃非晶的納米復合結構。

優選的，所述AlON層按原子百分比計，包括：鋁35～43at.％，氧10～20at.％和氮38～48at.％。

優選的，所述AlON層為包括AlN納米晶和Al₂O₃非晶的納米復合結構。

優選的，所述AlCrN過渡層的厚度為200～500nm。

本發明提供了一種上述技術方案所述柔性硬質復合涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)在基體表面沉積AlCrN過渡層；