[發明專利]梯度結構的合金涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110973491.8
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113652639B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 王祖文;宋明普
• 申請（專利權）人: 株洲索爾切削工具有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32
• 代理公司: 長沙伊柏專利代理事務所(普通合伙) 43265
• 代理人: 周正雄

本發明涉及合金涂層技術領域，具體涉及一種梯度結構的合金涂層及其制備方法，該涂層包含由1?3組多層結構，所述的多層結構由內向外依次為TiAlYN層、TiZrN層和TiSiN層，所述的TiAlYN層、TiZrN層和TiSiN層厚度比例為0.1?1:0.1?1:1；通過合金涂層的梯度設計，得到一種兼具硬度和韌性的合金涂層，具有平衡而優異的性能，應用前景廣泛。

技術領域

本發明涉及合金涂層技術領域，具體涉及一種梯度結構的合金涂層及其制備方法。

背景技術

硬質合金是由硬質難熔金屬碳化物相和粘結金屬相組成的燒結材料，具有高硬度、高強度、高彈性模量高、耐磨耐腐蝕性好等特點，廣泛應用于各種切削工具、礦用工具和耐磨耐蝕零部件等。

一般在硬質合金表面鍍覆涂層，涂層是硬質合金非常重要的組成，大量的研究都集中在涂層上面。TiN涂層是一種常用的涂層，可以提高刀具硬度并具有較高的氧化溫度。

相應的改性也很多，主要是在涂層中摻雜不同的元素來改善涂層的性能，常見的添加元素有Al、Zr、Nb、V、Si等，但這種改性往往只能改善涂層的某一方面的性能，尤其是很難同時改善涂層的硬度和韌性。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種梯度結構的合金涂層及其制備方法，該涂層包含由1-3組多層結構，所述的多層結構由內向外依次為TiAlYN層、TiZrN層和TiSiN層；

所述的TiAlYN層、TiZrN層和TiSiN層厚度比例為0.1-1:0.1-1:1。

優選的，所述厚度比例為0.3-0.5:0.5-0.8:1。

其中，TiAlYN層、TiZrN層和TiSiN層厚度分別為0.1-1μm；

優選的，TiAlYN層為0.2-0.4μm，TiZrN層為0.4-0.5μm，TiSiN層為0.6-0.8μm。

TiAlYN層中，Ti:Al:Y的原子比例為1:1-2:0.5-0.8；

TiZrN層中，Ti:Zr的原子比例為1:0.6-2；

TiSiN層中，Ti:Si的原子比例為1:1-2。

所述的合金涂層沉積在硬質合金表面。

所述的硬質合金沒有特別的限定，只要是本領域常見的硬質合金即可，比如WC-Co合金，或進一步包含其他金屬元素的WC-Co合金。

所述的其他金屬元素包含Cr、V、Ni、Y中的一種或多種。

所述合金涂層的制備方法包括如下步驟：

(1)硬質合金表面清洗，硬質合金使用丙酮浸泡后超聲清洗，然后用氬離子轟擊刻蝕，對刀具表面進行活化；

(2)通入氮氣，用陰極電弧離子鍍技術在硬質合金表面沉積涂層，依次開啟TiAlYN靶、TiZrN靶和TiSiN靶，將涂層沉積到硬質合金表面；上述沉積的步驟重復1-3次；

(3)真空下將自然冷卻，得到一種梯度結構的合金涂層。

發明人在研究涂層的多層結構中，在某次實驗中涂層的厚度發生了偏差，卻意外的發現得到的涂層性能上要優于以往的涂層，發明人意識到，相應的涂層和厚度要有一定的配合，各涂層之間的厚度也有一定的比例，重復了多次試驗，才完成了本發明。

與現有技術相比，本發明的合金涂層具有以下有益效果：