[發明專利]一種高效加工高溫合金納米復合涂層工藝

在審

• 申請號: 201910449871.4
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110079766A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 于忠光;張繼波;吳帥
• 申請（專利權）人: 國宏工具系統（無錫）股份有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32
• 代理公司: 北京智客聯合知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11700
• 代理人: 楊群

本發明涉及一種涂層工藝，具有刀具使用壽命長的效果。本發明公開了一種高溫合金刀具，包括刀體和刀體外覆蓋的復合涂層，所述復合涂層包括ALTIN層和ALTIVN層，所述ALTIVN層由ALTIN中加入微量元素V而得到，所述ALTIN層貼合刀體表面，所述ALTIVN層覆蓋在ALTIN層外。

技術領域

本發明涉及一種涂層工藝，更具體地說，它涉及一種高效加工高溫合金納米復合涂層工藝。

背景技術

刀具涂層技術指在高真空條件下，利用氣相物理沉積法在刀具基體表面涂上一層2-5μm的超硬涂層。涂層刀具將基體材料和涂層材料的優良性能結合起來，既保持了基體良好的韌性和較高的強度，又具有涂層的高隔熱、高硬度、高耐磨性和低摩擦系數。因此，涂層刀具相比于未涂層刀具，壽命可提高5～8倍。

針對航空鎳基高溫合金，基本上以AlTiN涂層為主，它的化學穩定性和抗氧化磨損性能好。AlTiN涂層刀具切削時，溫度高于600℃后會在刀具前刀面和切屑的界面上產生一層氧化鋁惰性保護膜，該膜有良好的隔熱性和化學穩定性，使熱量很少傳到刀具基體，防止粘刀，可以延長刀具的使用壽命。但切削溫度在200～500℃區間內增加時，因未生成氧化鋁薄膜，刀具的耐磨性反而會不斷下降。在700℃之后，生成的氧化膜被高溫迅速破壞，耐磨性隨著溫度的繼續增高反而下降。故AlTiN涂層高耐磨性，只有在溫度達到600℃才能顯現出來。切削溫度過高過低都會降低其耐磨性，存在使用壽命低的問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的一個目的在于提供一種高溫合金刀具，具有使用壽命長的效果。

為實現上述技術目的，本發明提供了如下技術方案：一種高溫合金刀具，包括刀體和刀體外覆蓋的復合涂層，所述復合涂層包括ALTIN層和ALTIVN層，所述ALTIVN層由ALTIN中加入微量元素V而得到，所述ALTIN層貼合刀體表面，所述ALTIVN層覆蓋在ALTIN層外。

通過采用上述技術方案，由于Ti的存在，涂層的摩擦系數高，微量元素V的主要作用是低摩擦系數和細化晶粒增加涂層的硬度，能夠在高溫條件下保持較低的摩擦系數，減少摩擦阻力，從而減少熱量的產生。而且還能夠在高溫的條件下保持較高的硬度，在實際應用中，本發明的涂層與傳統的ALTIN的涂層相比，有較高的耐磨性，以及抗氧化性，避免溫度高于700℃后，氧化膜被迅速破壞。因此刀具磨損減少2倍，減少了客戶刀具補償的次數，提高了工作效率，延長了刀具的使用壽命，而且由于摩擦系數低，工件表面的加工紋路，明顯提高，具有很大的工業應用價值。

作為優選，所述ALTIN層和ALTIVN層的納米多層膜周期性復合。

通過采用上述技術方案，采用TiAlN打底層，與刀體的結合力明顯提高，再進行TiAlN與VN的納米多層膜周期復合，梯度的變化加上內部TiAlN層與VN層，他們由于不同的剪切模量，會形成共格界面,而他們之間存在界面的排斥作用,使得位錯運動受阻，從而使得本發明的納米涂層結構膜的硬度升高。

作為優選，所述復合涂層中微量元素V的原子百分比為3％-5％。

通過采用上述技術方案，微量元素V的作用主要是細化晶粒，降低摩擦力，因此ALTIVN層的主體還是依靠ALTIN的性能，因此要控制微量元素V的含量，否則過高過低，都會影響到涂層的性能(如涂層硬度、涂層耐高溫性等)。

作為優選，所述復合涂層中元素Al的原子百分比為15.3％-17％。

通過采用上述技術方案，過高或過低的Al元素的含量會直接影響涂層的性能(例如高溫抗氧化性能等)。

作為優選，所述復合涂層的厚度為1.8μm-3μm。

通過采用上述技術方案，復合涂層如果過薄，會影響到涂層的保護性能和保護效果，但過厚的復合涂層不僅會產生過高的應力，導致涂層易剝落，刀具失效明顯加快。