[發明專利]具有多梯度涂層的刀具及制備方法

在審

• 申請號: 202010570221.8
• 申請日: 2020-06-21
• 公開（公告）號: CN111676449A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 李鵬亮;白敬勇;孫斌;葛強;洪榮華
• 申請（專利權）人: 威士精密工具（上海）有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34;C22C29/16
• 代理公司: 福州科揚專利事務所 35001
• 代理人: 李曉芬

本發明涉及具有多梯度涂層的刀具及制備方法，包括基材和在沉積在基材表面的多梯度涂層，多梯度涂層包括由靠近基材的內側往外側依次設置的（Al,Cr）N的底層結合層、（Ti,Al）N的耐磨層和（Ti,Al,Cr）N的抗黏著層；（Al,Cr）N的底層結合層為單一的Al_1?xCr_xN層，（Ti,Al）N的耐磨層為單一的Ti_1?yAl_yN層，（Ti,Al,Cr）N的抗黏著層由交替的Al_1?xCr_xN子層和Ti_1?yAl_yN子層構成層合結構，多層層合結構構成多層納米層復合結構，其中0.1≤x≤0.3，0.45≤y≤0.55。具有多梯度涂層的刀具能夠解決切屑黏著造成的崩刃和耐磨性較差的刀具刃口上的月牙洼磨損，并且能夠有效保證涂層和刀具基材之間的結合力。

技術領域

本發明涉及用于成屑金屬加工的涂層切削工具技術領域，尤其涉及具有多梯度涂層的刀具及制備方法。

背景技術

立方氮化硼(CBN)是硬度僅次于金剛石的超硬材料，因其在熱穩定性和化學穩定性上的優勢，很好地彌補了天然金剛石(ND)和聚晶金剛石(PCD)刀具不能加工鐵基合金以及鈦合金的缺點，在現代金屬加工領域迅速崛起，成為汽車零部件、軸承齒輪以及重型機械產業中淬火硬化鋼或者球墨鑄鐵等關鍵金屬部件以車代磨或者替代硬質合金刀具，實現高效率高表面質量加工的首選刀具材料。

但是，CBN脆性大，PCBN(聚晶立方氮化硼)刀具在加工奧貝球鐵或者不銹鋼等難加工材料時會發生因為切屑受熱而黏著在刀具表面造成CBN顆粒脫落(行業術語崩刃)或者低CBN含量刀具材料的凹槽狀磨損(行業術語月牙洼磨損)。物理氣相沉積(PVD)硬質涂層是改善刀具在切削難加工金屬材料時崩刃和磨損的有效手段。

通常情況下能夠數倍甚至十數倍提升硬質合金刀具壽命的的鈦鋁復合氮化物和鈦鋁復合碳化物等涂層，在PCBN刀具上的效果非常有限。究其原因，氮化硼是良好的絕緣體，在物理氣相沉積過程中，各種電弧、磁控等電磁過程效果不明顯，工藝難控制。同時，CBN材料熱膨脹系數小，涂層和CBN/PCBN刀體之間的化學和物理相容性差、應力大，造成涂層的結合力差，切削過程中遇到硬質顆?；蛘咔行拣ぶ窗l生剝落，起不到保護和強化刀體的作用。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供具有多梯度涂層的刀具及制備方法，具有多梯度涂層的刀具能夠解決切屑黏著造成的崩刃和耐磨性較差的月牙洼磨損，并且能夠有效保證涂層和刀具基材之間的結合力。

根據本發明的第一方面，具有多梯度涂層的刀具，包括基材和沉積在基材表面的多梯度涂層，多梯度涂層包括由靠近基材的內側往外側依次設置的(Al,Cr)N的底層結合層、(Ti,Al)N的耐磨層和(Ti,Al,Cr)N的抗黏著層；(Al,Cr)N的底層結合層為單一的Al_1-xCr_xN層，(Ti,Al)N的耐磨層為單一的Ti_1-yAl_yN層，(Ti,Al,Cr)N的抗黏著層由交替的Al_1-xCr_xN子層和Ti_1-yAl_yN子層構成層合結構，多層層合結構構成多層納米層復合結構，其中0.1≤x≤0.3，0.45≤y≤0.55。

根據一個實施方式，底層結合層的厚度為0.2μm～0.4μm，耐磨層的厚度為0.8μm～1.6μm，抗黏著層的厚度為0.3μm～0.6μm。

根據一個實施方式，所述多梯度涂層包括最靠外的表面標識層，表面標識層位于抗黏著層上，表面標識層為TiN層。

根據一個實施方式，所述表面標識層的厚度為0.2μm～0.4μm。

根據一個實施方式，多梯度涂層的總厚度為1.5μm～3μm。