[發(fā)明專利]一種AlTiN/AlTiYN納米多層刀具涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810095030.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN108330453B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王啟民;莫錦君;高則翠;吳正濤;代偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/32
• 分類號(hào): C23C14/32;C23C14/06
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 張燕玲;楊曉松

本發(fā)明屬于刀具涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種AlTiN/AlTiYN納米多層刀具涂層及其制備方法。該方法采用電弧離子鍍膜技術(shù)，并通過樣品轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)以及涂層結(jié)構(gòu)自組裝實(shí)現(xiàn)AlTiN/AlTiYN納米多層涂層刀具的制備。當(dāng)樣品正對(duì)著AlTi靶時(shí)，基體沉積一層AlTiN層；正對(duì)著AlTiY靶時(shí)，沉積一層AlTiYN層；AlTiN層和AlTiYN層交替沉積形成AlTiN/AlTiYN納米多層涂層。涂層成分為Al:20～32at.％、Ti:10～30at.％、Y:1～5at.％、N:45～57at.％。通過調(diào)整轉(zhuǎn)架公轉(zhuǎn)及自傳速度可對(duì)AlTiN及AlTiYN調(diào)制層的厚度進(jìn)行調(diào)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于刀具涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種AlTiN/AlTiYN納米多層刀具涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

在硬質(zhì)合金刀具基體上涂覆一層或多層硬度高、耐磨性好的金屬或非金屬化合物薄膜(如TiC，TiAlN，Al₂0₃等)的涂層刀具，結(jié)合了基體高強(qiáng)度、高韌性和涂層高硬度、高耐磨性的優(yōu)點(diǎn)，降低了刀具與工件之間的摩擦因數(shù)，提高了刀具的耐磨性而不降低基體的韌性。因此，涂層硬質(zhì)合金刀具有高硬度和優(yōu)良的耐磨性，延長(zhǎng)了刀具的切削壽命。TiN涂層耐溫有限，當(dāng)硬質(zhì)合金涂層刀具使用溫度超過500℃時(shí)涂層便開始失效，而TiAlN的耐溫也在700℃左右，不能滿足刀具高速加工的要求。AlTiN是將Al元素沉積到TiN中而形成的PVD刀具涂層。迄今為止，通過增加TiAlN、AlTiN涂層中的鋁含量，從而增強(qiáng)刀具涂層的耐高溫性能和硬度，一直是刀具制造商和涂層公司關(guān)注的重大技術(shù)課題。自1995年以來，人們一直在持續(xù)不斷地研究和改進(jìn)相關(guān)的氣相沉積工藝。到2000年，AlTiN涂層中鋁元素與鈦元素的成分比例已從原來的1∶2提高到3∶2，即鋁含量已從33％增加到60％。從實(shí)際使用效果看其硬度可達(dá)到36GPa,高溫抗氧化達(dá)到850℃。但與現(xiàn)代高速切削要求(刀具切削時(shí)，局部溫度可達(dá)1000℃左右)相比，AlTiN高溫抗氧化性能還需提高。涂層成分的多元化可提高涂層的綜合性能。稀土元素Y是提高涂層高溫抗氧化性最有效的元素之一，然而Y元素超過一定量時(shí)，涂層中部分面心結(jié)構(gòu)開始向密排六方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，致使涂層硬度下降，從而使涂層刀具無法滿足高速切削的高硬度要求。

采用形成多層結(jié)構(gòu)的方法，可在充分利用單層涂層原有優(yōu)良綜合力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)的條件下，進(jìn)一步提高其硬度、韌性和高溫抗氧化性能，是目前提高刀具涂層切削性能的重要技術(shù)措施。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種AlTiN/AlTiYN納米多層刀具涂層的制備方法；該方法是采用傳統(tǒng)PVD技術(shù)(電弧離子鍍)制備，通過樣品轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)納米多層結(jié)構(gòu)；當(dāng)樣品正對(duì)著AlTi靶時(shí)，基體沉積一層AlTiN層；正對(duì)著AlTiY靶時(shí)，沉積一層AlTiYN層；AlTiN層和AlTiYN層交替沉積形成AlTiN/AlTiYN納米多層涂層，旋轉(zhuǎn)速度快慢決定了每層AlTiN層和AlTiYN層的厚度，解決的問題是實(shí)現(xiàn)高硬度、高耐磨性和高溫抗氧化性好的效果。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述制備方法得到的AlTiN/AlTiYN納米多層刀具涂層；該涂層可實(shí)現(xiàn)高硬度、高耐磨性和高溫抗氧化性好的效果且該涂層制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適應(yīng)性好，有很大的應(yīng)用推廣潛力。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種AlTiN/AlTiYN納米多層刀具涂層的制備方法，包括如下具體步驟：

S1.刀具基體清洗：將刀具基體拋光處理，然后先后用丙酮、酒精超聲清洗10～20min，再用氮?dú)獯蹈珊笱b入真空室內(nèi)；