[發明專利]一種鈦合金切削刀具涂層的制備方法、涂層及刀具

有效

• 申請號: 202011183693.4
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112359327B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 于忠光;呂顯豹;張繼波
• 申請（專利權）人: 國宏工具系統（無錫）股份有限公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/16;B23B27/00
• 代理公司: 無錫智麥知識產權代理事務所(普通合伙) 32492
• 代理人: 劉詠華

本發明公開了一種鈦合金切削刀具涂層的制備方法，包括以下步驟，離子刻蝕，為涂層做準備；制備涂層打底層，形成ALCRN的打底涂層；制備涂層過渡層，形成過渡層；制備涂層功能層，形成ALCrBN的納米復合涂層。本發明在二元涂層基礎上中加入新的元素B，提高涂層的隔熱性，以及耐磨性，涂層在高速切削方面較之前的工藝有很大的提高，刀具能夠展示出更好的優異性極大地提升刀具得使用性能。

技術領域

本發明涉及刀具涂層，具體是一種鈦合金切削刀具涂層的制備方法、涂層及刀具。

背景技術

因鈦合金其形變系數小、熱導率低、活化分子高等特性，切削實驗加工過程中會嚴重產生高的切削溫度，加速切削刀具磨損與失效過程。切削加工過程中工件與刀具間的相互摩擦與切削力作用也會使的切削刀具產生嚴重摩擦磨損。由于在對鈦合金做切削加工實驗中尚存在很多難點和局限，根據以上原因因此要選擇導熱系數大、散熱性好和化學性能較穩定的刀具。目前業內公認的最適合加工鈦合金效果最好的切削刀具是金剛石刀具，但又于金剛石刀具價格昂貴，因此目前硬質合金涂層刀具作為切削鈦合金刀具仍然占據著鈦合金切削加工市場的主要地位。

制造業迎來飛速發展，鈦合金的應用會越來越多，對質量以及精度要求也會不斷提高，如何選擇更加合適的鈦合金切削刀具，提高產業工業化生產水平要求、降低鈦合金構建的成本過程、對機械加工的永久發展和制造業整體優質水平的提高有著深厚的意義。

近年來，由于涂層的制備工藝和研究方法在不斷的前進與發展，刀具涂層朝著多元化、復合化和納米化方向發展，出現了各種各樣的新薄膜，如：多層薄膜、納米復合結構薄膜、超硬質薄膜等，這些薄膜具有良好的摩擦性能、力學性能、用抗氧化性能和抗腐蝕性能，由于具有以上優點，這些涂層被廣泛的應用到鈦合金的加工中，這些涂層展示了優異的性能，大大促進了現代加工業的發展。

傳統理論認為涂層刀具對鈦合金的加工并不適用，因為常見的涂層大多為二元TiN或三元CrAlN涂層，而這類涂層雖然有高的硬度和優異的抗氧化性，但是在現代高速切削加工中對涂層性能的要求越來越高，單一涂層往往滿足不了現狀，在切削實驗過程中，刀具較容易失效脫落，其隔熱性、耐磨性不足，壽命短，切削速度慢。

發明內容

為解決上述現有技術的缺陷，本發明提供一種鈦合金切削刀具涂層的制備方法、涂層及刀具，本發明在二元涂層基礎上中加入新的元素B，提高涂層的隔熱性，以及耐磨性，涂層在高速切削方面較之前的工藝有很大的提高，刀具能夠展示出更好的優異性極大地提升刀具得使用性能。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：一種鈦合金切削刀具涂層的制備方法，包括以下步驟，

離子刻蝕：安裝靶材AL_0.7Cr_0.3和靶材AL_xCr_yB_1-x-y，其中，0.4≤x≤0.6，0.2≤y≤0.4；將刀具放置在真空室的旋轉架上，抽真空5×10^-4mba，升溫至480℃，向真空室內通入氬氣，氬氣流量為50sccm，維持偏壓-170V，將刀具表面進行刻蝕，保持輝光放電，為涂層做準備；

制備涂層打底層：向真空室內通入400-450sccm氮氣，向靶材AL_0.7Cr_0.3通入130A電流，形成ALCRN的打底涂層；

制備涂層過渡層：向真空室內持續通入600sccm氮氣，向靶材AL_xCr_yB_1-x-y通入150A電流，持續向靶材AL_0.7Cr_0.3通入130A電流，維持-80V的偏壓，形成過渡層；

制備涂層功能層：維持-100V的偏壓，持續向靶材AL_xCr_yB_1-x-y通入150A電流，形成ALCrBN的納米復合涂層。