[發(fā)明專利]一種金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具、制備方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910209114.X
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109825821B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏秋平;馬莉;周科朝;余志明
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C23C16/517
• 分類號: C23C16/517;C23C16/02;C23C16/27;C23C16/34
• 代理公司: 43114 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 顏勇

一種金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具、制備方法及裝置，所述刀具表面設(shè)有金剛石/CBN涂層復(fù)合涂層，所述金剛石/CBN復(fù)合涂層由基層與表層構(gòu)成，所述基層由納米晶金剛石、微米晶金剛石交替設(shè)置構(gòu)成，表層為立方氮化硼涂層。其制備方法包括除油脫脂、化學(xué)微刻蝕、等離子活化及等離子增強氣態(tài)硼化、等離子清洗、金剛石泥漿超聲研磨、種植納米、微米金剛石籽晶、沉積金剛石/CBN復(fù)合涂層；所述設(shè)備包括爐體、爐膛、電加熱體、等離子發(fā)生電源、樣品臺、加熱燈絲。本發(fā)明制備的金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具膜層結(jié)構(gòu)合理、膜基結(jié)合力好、切削性能優(yōu)異，適于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具、制備方法及裝置，屬于化學(xué)氣相沉積技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著我國航空航天等現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，高強度超高強度鋼的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具已經(jīng)不能勝任加工這些材料；金剛石涂層刀具雖然力學(xué)性能優(yōu)異，但其加工黑色金屬時會與其反應(yīng)，且不適用于高溫加工，因此依舊不能勝任加工高強超高強度鋼，立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,cBN)是僅次于金剛石的超硬材料，有著優(yōu)異的性能，如cBN在硬度與熱導(dǎo)率方面僅次于金剛石，而熱穩(wěn)定性則顯著優(yōu)于金剛石，在大氣中加熱至1000℃也不發(fā)生氧化，對于黑色金屬具有極為穩(wěn)定的化學(xué)性能。相比于高溫高壓法制備的聚晶立方氮化硼(Polycrystalline Cubic Boron Nitride,PcBN)，利用化學(xué)氣相沉積方法制備cBN涂層不僅可以適用于任何復(fù)雜形狀的硬質(zhì)合金刀具基體，成本也相對較低。因此，cBN作為刀具涂層具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其適合金剛石涂層刀具不能勝任的黑色金屬加工。

但目前來說，立方氮化硼(cBN)薄膜研究領(lǐng)域主要存在以下間題,一是由于薄膜生長期間強烈的離子轟擊,cBN薄膜中存在很大的內(nèi)應(yīng)力,使得cBN薄膜與襯底的粘附性很差,極易從襯底上剝落下來；二是cBN薄膜與襯底之間存在有aBN和tBN過渡層,cBN涂層純度不夠，結(jié)晶性較差，這限制了cBN作為刀具涂層的應(yīng)用。

而已有的研究發(fā)現(xiàn)，利用與cBN晶體結(jié)構(gòu)、點陣常數(shù)接近的金剛石作為基體，可以實現(xiàn)金剛石涂層上異質(zhì)外延生長立方氮化硼，從而避免形成aBN、tBN過渡層，來提高cBN的純度，因此，為了使刀具上能夠沉積出立方氮化硼涂層，可以先在其上先沉積一層金剛石涂層，再沉積立方氮化硼涂層。但依舊存在兩個問題，一是納米晶相比微米晶其結(jié)構(gòu)與cBN更為接近，其異質(zhì)外延生長cBN的效果更好，但其附著力較差，需要使用微米晶作為底層。二是沉積的cBN涂層應(yīng)力與其下的金剛石涂層的應(yīng)力不一致，從而應(yīng)力不匹配影響膜基結(jié)合力，影響了刀具力學(xué)性能。

現(xiàn)有技術(shù)沉積的微米納米復(fù)合薄膜，只考慮到利用微米作為底層提高結(jié)合力，納米作為頂層作為使用層提高切削性能，對其中應(yīng)力問題考慮較少，最多也就考慮到在沉積過程中緩慢改變沉積參數(shù)形成一個應(yīng)力慢慢變化的緩沖區(qū)來避免應(yīng)力突變。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種膜層結(jié)構(gòu)合理、膜基結(jié)合力好、切削性能優(yōu)異的金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具、制備方法及裝置。

本發(fā)明一種金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具，所述的金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具是在硬質(zhì)合金刀具表面設(shè)有金剛石/CBN涂層復(fù)合涂層，所述金剛石/CBN復(fù)合涂層由基層與表層構(gòu)成，所述基層由納米晶金剛石、微米晶金剛石交替設(shè)置構(gòu)成，表層為立方氮化硼涂層。

本發(fā)明一種金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具，在硬質(zhì)合金刀具表面先沉積一層摻硼微米晶金剛石后再沉積金剛石/CBN復(fù)合涂層。

本發(fā)明一種金剛石/CBN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀具，在硬質(zhì)合金刀具表面至少沉積1層金剛石/CBN復(fù)合涂層，優(yōu)選沉積2～10層金剛石/CBN復(fù)合涂層。