[發明專利]一種抗月牙洼磨損的鋁鈦鋯氮與氧化鋁多層復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201910974710.7
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110670019B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 鮮廣;趙海波;鮮麗君;熊計
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/08;C23C14/06;C23C14/32
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本發明公開的抗月牙洼磨損的鋁鈦鋯氮與氧化鋁多層復合涂層是由CoNiCrAlY高熵合金粘結層、α?Cr₂O₃氧化物模板層、α?Al₂O₃氧化物核心層、AlTiZrN氮化物表層四個子層構成的整體，這四個子層的順序是由內至外，涂層總厚度為1～3μm。其制備方法為：對基底進行加熱和離子刻蝕后，先利用電弧蒸發鍍工藝在基底上沉積CoNiCrAlY層；然后使用陰極電弧離子鍍工藝，再繼續依次沉積α?Cr₂O₃層、α?Al₂O₃層和AlTiZrN層。氧化物與氮化物復合涂層具有優良的抗高溫氧化性和高的抗磨損性能，在高速切削和干式切削加工條件下具有良好的抗月牙洼磨損能力，且工藝可控性好，便于工業化生產。

技術領域

本發明屬于切削刀具表面涂層技術領域，具體涉及一種抗月牙洼磨損的鋁鈦鋯氮與氧化鋁多層復合涂層及其制備方法。

背景技術

在切削刀具表面制備一層薄的涂層可以成倍地提高刀具的表面硬度和使用壽命，目前國內外使用的切削刀具絕大多數都采用了涂層處理。氮化物硬質涂層是切削刀具表面上廣泛使用的涂層材料，譬如TiN、TiAlN、CrAlN、TiAlCrN、TiAlSiN等，這類涂層材料的共性是在高溫工作狀態下抗氧化能力差，易發生月牙洼磨損，甚至氧化剝落失效。當前，切削技術不斷進步和發展，尤其是高速切削、干式切削技術的應用越來越多，這類切削技術同時面臨的一個問題是切削溫度升高。因此，氮化物涂層刀具在高速切削、干式切削等切削新技術中的應用受到挑戰。

氧化物涂層的優勢是涂層本身是氧化物，不存在涂層氧化的問題或者涂層自身就是抗氧化的，這類涂層更適宜于刀具在高溫條件下工作。α-Al₂O₃由于結構致密、化學穩定性好、熱穩定性好以及具有較高的硬度和韌性，是高溫條件下切削加工的理想刀具表面涂層材料，這也是目前化學氣相沉積法制備的刀具涂層中普遍含有α-Al₂O₃的原因。但是，化學氣相沉積法的特點是，涂層沉積溫度高（600～1000℃），會對刀片本體材料的性能造成改變，如促使對硬質合金刀片中的碳化物變脆，韌性降低，從而致使刀片在金屬切削加工（主要是銑削加工）中的應用受到限制。物理氣相沉積法因沉積溫度低（＜550℃），適合于更寬范圍的刀具以及其它工模具和機械零件的表面涂層；也正是因為沉積溫度低，導致該方法沉積α-Al₂O₃的能量不足，物理氣相沉積法制備的Al₂O₃涂層通常為非晶態或其它晶形結構，難以獲得理想的使用效果。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的問題，提供一種抗月牙洼磨損的鋁鈦鋯氮與氧化鋁多層復合涂層。

本發明的另一目的是提供一種上述抗月牙洼磨損的鋁鈦鋯氮與氧化鋁多層復合涂層的制備方法。

本發明提供的抗月牙洼磨損的鋁鈦鋯氮與氧化鋁多層復合涂層，其特征在于，涂層是由高熵合金粘結層、氧化物模板層、氧化物核心層、氮化物表層四個子層構成的整體，這四個子層的順序是由內至外，涂層總厚度為1～3μm。

其中，上述涂層中，所述高熵合金粘結層為Co_aNi_bCr_cAl_dY_e，a+b+c+d+e=1，a、b、c、d、e的取值范圍為0.15～0.4，厚度為50～200nm。

其中，上述涂層中，所述氧化物模板層為α-Cr₂O₃，厚度為150～300nm；所述氧化物核心層為α-Al₂O₃，厚度為500～2000nm；所述氮化物表層為AlTiN，厚度為300～500nm。

本發明提供的上述抗月牙洼磨損的鋁鈦鋯氮與氧化鋁多層復合涂層的制備方法，包括以下步驟：