[發(fā)明專利]一種多元納米疊層涂層刀具及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910392811.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN110129741B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢佑強(qiáng);劉磊;吳澤;賈源;黃鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/32
• 分類號(hào): C23C14/32;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張秀

本發(fā)明公開了一種多元納米疊層涂層刀具及其制備方法，刀具基體材料為高速鋼、硬質(zhì)合金或陶瓷，刀具基體材料表面具有TiBCrC+AlVCN交替分布的多元納米疊層涂層，該疊層涂層至少含有兩個(gè)TiBCrC和兩個(gè)AlVCN單個(gè)層，且TiBCrC與AlVCN單個(gè)層的厚度小于等于50nm；該涂層的制備方法采用多弧離子鍍+中頻磁控濺射方式。該刀具表面疊層涂層綜合了碳化物涂層、碳氮化物涂層及疊層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使得刀具涂層內(nèi)部殘余應(yīng)力明顯較低，涂層與基體及涂層間結(jié)合強(qiáng)度較高；同時(shí)，涂層具有較高的硬度、良好的物理機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、抗氧化性和抗磨損性等。該刀具彌補(bǔ)了單一涂層加工對(duì)象的局限性，可廣泛應(yīng)用于不銹鋼、鈦合金、鋁合金等材料的切削加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種TiBCrC+AlVCN多元納米疊層涂層刀具及其制備方法。

背景技術(shù)

刀具涂層技術(shù)是一種優(yōu)質(zhì)的表面改性技術(shù)，涂層刀具具有高硬度、良好的耐熱性、抗氧化性和抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)刀具表面進(jìn)行涂層處理是提高刀具壽命的重要方法之一。近年來，為進(jìn)一步提高刀具性能，涂層刀具已由單層向多元化和復(fù)合化發(fā)展；同時(shí)，單一涂層在使用過程中受到很大局限性，通過制備疊層復(fù)合涂層，既能兼顧單一涂層的優(yōu)良性能，又能彌補(bǔ)其局限性，從而顯著提高涂層刀具性能。

中國發(fā)明專利“申請(qǐng)?zhí)枺?01710533151.7”報(bào)道了一種AlNbN/AlNbCN疊層涂層刀具及其制備工藝，該刀具綜合了AlNbN和AlNbCN涂層刀具優(yōu)點(diǎn)，具有良好的物理機(jī)械性能，可廣泛用于鈦合金、不銹鋼等材料的切削加工。中國發(fā)明專利“申請(qǐng)?zhí)枺?011102143939.2”報(bào)道了一種梯度疊層涂層刀具及其制備方法，該疊層涂層刀具綜合了ZrN、ZrTiN及梯度疊層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，具有高的硬度和耐磨性能。中國發(fā)明專利“申請(qǐng)?zhí)枺?01810077086.6”報(bào)道了一種氮化硅-硬質(zhì)合金梯度涂層刀具及其制備方法，該梯度疊層涂層采用激光熔覆方法制備，兼顧氮化硅基陶瓷和硬質(zhì)合金的特點(diǎn)，既具有良好的韌性又具有較高的硬度和耐磨性能。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種多元納米疊層涂層刀具及其制備方法。該刀具表面疊層涂層綜合了碳化物涂層、碳氮化物涂層及疊層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使得刀具涂層內(nèi)部殘余應(yīng)力明顯較低，涂層與基體及涂層間結(jié)合強(qiáng)度較高，同時(shí)，涂層具有較高的硬度、良好的物理機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、抗氧化性和抗磨損性等。該刀具彌補(bǔ)了單一涂層加工對(duì)象的局限性，可廣泛應(yīng)用于不銹鋼、鈦合金、鋁合金等材料的切削加工。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種多元納米疊層涂層刀具，刀具基體材料為高速鋼、硬質(zhì)合金或陶瓷，基體材料表面具有TiBCrC+AlVCN交替分布的多元納米疊層涂層。該疊層涂層至少含有兩層TiBCrC和兩層AlVCN單個(gè)層，且TiBCrC與AlVCN單個(gè)層的厚度小于等于50nm。TiBCrC涂層中Ti元素原子百分比在30-40％，B元素原子百分比在5-20％，Cr元素原子百分比在10-40％，C元素原子百分比在20-40％，所述Ti、B、Cr、C元素原子百分比之和為1；AlVCN涂層中Al元素原子百分比在30-40％，V元素原子百分比在5-15％，C元素原子百分比在20-40％，N元素原子百分比在20-40％，所述Al、V、C、N元素原子百分比之和為1。

本發(fā)明的一種多元納米疊層涂層刀具的制備方法，采用多弧離子鍍+中頻磁控濺射共沉積的方法在刀具表面制備TiBCrC與AlVCN交替分布的多元納米疊層涂層。其具體制備方法，包括以下步驟：

(1)前處理：將刀具基體材料研磨拋光，依次放入酒精和丙酮中超聲清洗各20-30min，去除表面油漬污染物，采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入鍍膜機(jī)真空室，真空室本底真空為7.0×10^-3-8.0×10^-3Pa，加熱至200-300℃，保溫時(shí)間30-40min；