[發明專利]一種Ta-TaN-TaWN超硬涂層刀具及其制備方法

在審

• 申請號: 201910965629.2
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN111254399A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 吳澤;劉磊;邢佑強;鮑航
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/32;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/06
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本發明屬于刀具涂層材料技術領域，涉及一種Ta?TaN?TaWN超硬涂層刀具及其制備方法。該刀具基體材料可為高速鋼、硬質合金、陶瓷等材料，涂層由內至外依次為Ta過渡層、TaN硬涂層、TaWN超硬涂層。該涂層刀具的涂層采用磁控濺射與多弧離子鍍結合的方法制備。該涂層刀具的過渡層材料致密，且與刀具基體材料的界面結合牢固。TaN層、TaWN層的硬度均較高，且硬度依次增大，刀具表面具備超高硬度和高耐磨性。該刀具可廣泛應用于金屬材料的切削加工，可提高刀具壽命和切削加工生產效率。

技術領域

本發明涉及一種Ta-TaN-TaWN超硬涂層刀具及其制備方法，屬于刀具涂層材料技術領域。

背景技術

機械制造業為整個國民經濟提供技術裝備，是國民經濟和社會發展以及國防建設的物質基礎，其發展水平是國家綜合實力的重要標志。切削加工技術是機械制造業中應用最廣泛的基礎技術，而切削刀具技術的進步則是切削加工技術快速發展的關鍵。近年來，為滿足干切削、高速切削等對切削刀具提出的新的要求，金屬切削工具行業在不斷嘗試開發新型耐磨刀具材料、刀具涂層以及開展刀具幾何結構的優化設計，這些方法均在一定程度上解決了限制切削技術發展的瓶頸問題。在這些方法中，其中以涂層的適用性最為廣泛，但涂層與基體材料之間的結合問題成為了制約其性能發揮的一大因素，尤其是涂層與刀具基體結合部分的過渡層的結合性能至關重要。另外，進一步提高涂層的硬度和耐磨性，對突破難加工材料的高效加工也具有重要意義。為此，開發新型的高結合強度、高硬度的涂層對促進涂層刀具應用范圍的擴大以及切削加工技術的進步將具有重要影響。

中國專利“申請號：201710532821.3”報道了AlNbCN多元梯度復合涂層刀具及其制備方法，該發明通過采用中頻磁控濺射和多弧鍍的復合方法在刀具基體表面依次沉積Ti過渡層、AlNbC過渡層、含氮量梯度漸變的AlNbCN涂層，該刀具具備較高的硬度和強度，可應用于多種金屬材料的精加工和半精加工。中國專利“申請號：201710532824.7”報道了SiZrCN梯度復合涂層刀具及其制備方法，該發明采用非平衡磁控濺射和電弧鍍的復合鍍膜方法在刀具基體表面沉積氮含量梯度漸變的SiZrCN梯度硬涂層，其中以Ti作為過渡層，該涂層具備良好的硬度和熱穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種Ta-TaN-TaWN超硬涂層刀具及其制備方法，進一步提高涂層與基體的界面結合強度，提高涂層表面硬度，擴大涂層刀具的應用范圍，提高切削加工效率。

本發明的一種Ta-TaN-TaWN超硬涂層刀具，刀具基體材料可以是高速鋼、硬質合金、陶瓷等常規刀具材料，涂層沿基體外表面由內向外依次為Ta過渡層、TaN硬涂層、TaWN超硬涂層。本發明的超硬涂層刀具是采用磁控濺射結合多弧離子鍍的方法在刀具基體表面分別依次沉積Ta過渡層、TaN硬涂層、TaWN超硬涂層，每層涂層的制備分別均選用所需的單質材料作為射頻靶材，通氮氣和氬氣的混合氣體，氮氣與氬氣的質量分數占比為1∶4，沉積氣壓0.5-1.0Pa，沉積溫度控制在350～450℃，控制Ta過渡層的厚度為0.5～0.8μm，TaN硬涂層的厚度為1.0～1.2μm，TaWN超硬涂層的厚度為0.8～1.5μm。

本發明通過磁控濺射結合多弧離子鍍沉積多元硬涂層，開發了一種新型的Ta-TaN-TaWN超硬涂層刀具及其制備方法。相比現有的常規氮化鈦涂層，本發明選用的Ta元素相比Ti元素的致密度要高，保證了涂層過渡層的高致密性和高結合強度；相比傳統硬涂層刀具，本發明的TaN層、TaWN層逐漸過渡，且TaWN層具有超高的硬度；本發明的刀具兼顧了表面超硬、基體結合強度高的卓越優勢。本發明的一種Ta-TaN-TaWN超硬涂層刀具可廣泛應用于金屬材料尤其是難加工金屬材料的切削加工，可有效提高刀具壽命和切削加工生產效率。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。