[發明專利]一種納米多層復合超硬刀具涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810738954.0
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108823526B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 王麗君;文廣;李明昆;黃清宇;武昭妤;蹇清平;王夢超;陳輝
• 申請（專利權）人: 成都工業職業技術學院;西南交通大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/16;C23C14/34
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 杜朗宇;茍銘

本發明提供的納米多層復合超硬刀具涂層，由依次沉積在刀具基體材料上的Cr過渡層（金屬結合層）、CrN過渡層、CrN/TiAlSiYN交替層構成，所述CrN/TiAlSiYN交替層由CrN層、TiAlSiYN層依次交替沉積構成。所述TiAlSiYN層的組成組分按重量份計由15~35份的Ti，25~50份的Al，25~60份的N，3~5份的Si，0.8~1.5份的Y組成。本發明還提供了所述涂層的制備方法。本發明可提高刀具涂層的強度、韌性、耐熱性以及膜基結合強度。

技術領域

本發明屬于刀具材料領域，特別涉及一種刀具涂層材料。

背景技術

隨著主流刀具向著高速切削和干式切削發展，其對涂層的要求也越來越高，常規TiAlN涂層慢慢變得難以滿足提高刀具綜合機械性能的要求。刀具切削區域的溫度通常可達到甚至高于TiAlN涂層的熱分解溫度，致使刀具氧化、刀尖軟化、瞬間磨損等失效形式的出現。近來添加有B，Si的納米結構TiBN、TiSiN等涂層具有高硬度和高溫抗氧化性等特點，但目前面對難加工金屬材料和惡劣的切削條件，單一涂層材料難以滿足加工的需要。近年來，多層或超晶格結構涂層 (TiN/TiC/TiN多層、TiAlN/TiN多層、TiN/AlN超晶格等)、納米復合結構涂層(TiSiN、TiAlSiN等)的受到關注和研究，涂層的硬度和最高使用溫度不斷提高。其中，多層涂層是由兩種或兩種以上成分或結構不同的材料在垂直于涂層表面方向上相互交替生長而形成的二維多層材料，對于兩種不同結構或組成的多層涂層， 每相鄰兩層形成一個基本單元，其厚度稱為調制周期。研究一種新的多層復合超硬刀具涂層材料，進一步提升刀具涂層的強度、韌性、耐熱性以及膜基結合強度具有重要意義。

發明內容

本發明目的是提供一種納米多層復合超硬刀具涂層及其制備方法，提高刀具涂層的強度、韌性、耐熱性以及膜基結合強度。

本發明提供的納米多層復合超硬刀具涂層，由依次沉積在刀具基體材料上的Cr過渡層（金屬結合層）、CrN過渡層、CrN/TiAlSiYN交替層構成，所述CrN/TiAlSiYN交替層由CrN層、TiAlSiYN層依次交替沉積構成。

進一步地，所述TiAlSiYN層的組成組分按重量份計由15~35份的Ti，25~50份的Al，25~60份的N，3~5份的Si，0.8~1.5份的Y組成。

進一步地，所述CrN/TiAlSiYN交替層調制周期為20nm~50nm。

進一步地，所述CrN/TiAlSiYN交替層中CrN層與TiAlSiYN層的厚度比為1.5~1.7。

進一步地，涂層總厚度為2.7~3μm（包含兩層過渡層厚度）。

進一步地，兩層過渡層的厚度為0.1~0.2μm。

本發明所述納米多層復合超硬刀具涂層的制備方法，包括以下步驟：

a.預處理：對刀具基體表面進行噴砂清洗，去除表面油污、氧化層及其他附著物，再對刀具進行酸洗，這一步主要是為了提高涂層與基體之間的結合強度；

b.濺射清洗：利用靶材濺射出的離子對基體表面進行濺射清洗。處理室內壓力10^-3~7×10^-3Pa，充入的氣體為Ar（99.99%），基體偏壓為50~150V，溫度為200~250℃，清洗時間為10~20min；

c.沉積純Cr過渡層：利用物理氣相沉積法沉積純Cr層，只開啟Cr靶，沉積總電量為10~20Ah，基體偏壓為80~120V，電流為80~130A，溫度最好控制在220℃；

d.沉積CrN過渡層：利用物理氣相沉積法沉積CrN層，只開啟Cr靶，充入N₂，沉積總電量為5Ah，靶材電流為100~130A，基體偏壓為50~60V，溫度最好控制在220℃；