[发明专利]一种TiAlCN非金属元素线性变化梯度涂层的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及切削工具的涂层，特别是涉及一种TiAlCN非金属元素线性变化梯度涂层的制作方法。

背景技术

切削工具涂层处理是提高切削工具性能的重要途径之一，涂层切削工具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、磨擦因数小和热传导率低等特性，切削时可比未涂层切削工具提高寿命3～5倍以上，提高切削速度20％～70％，提高加工精度0.5～1级，降低切削工具消耗费用20％～50％。切削工具的表面涂层技术作为市场需求而发展起来的一项优质表面改性技术，由于该项技术可使切削工具获得优良的综合机械性能，不仅可有效地提高切削工具使用寿命，而且还能大幅度地提高机械加工效率，因此该项技术已与材料、加工工艺并称为切削工具制造的三大关键技术。

现有技术的切削工具涂层制备方法有许多种，比如PVD方法就是其中的一种，PVD是英文Physical Vapor Deposition(物理气相沉积方法)的缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。PVD技术不仅提高了涂层与刀具基体材料的结合强度，涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta-C等多元复合涂层。采用PVD技术所制备的涂层虽然具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点，但是，仍然存在着一些弊端，比如，TiN/TiC涂层就存着显微硬度低、性能脆、不耐冲击等缺点；又比如，多层涂层还存在着内应大的问题，使膜层在切削加工时性能不够稳定；又比如，TiCN、TiC/TiN涂层在切削温度较高时就存在着膜层易被氧化而被烧蚀的的弊端；再比如，现有的大多数涂层均存在着加工粘性大材料时容易粘刀的问题等等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种TiAlCN非金属元素线性变化梯度涂层的制作方法，使制备出的涂层具有表面光洁度高，抗脱膜能力强，抗粘刀性能好的特点，而更适合于精加工，特别是在水溶液冷却下中、低速加工粘性大的材料可发挥出优秀的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种TiAlCN非金属元素线性变化梯度涂层的制作方法，是采用PVD方法进行涂层处理，该涂层处理过程被分成连续的四个时间段，其过程包括如下步骤：

a.在第一个时间段内，向炉腔内仅通入氮气N2，氮气N2的流量为400～550sccm，Ti靶的蒸发电流为160～180A，温度为350℃～450℃，使基体表面被涂上一层高致密的TiN中间层，该TiN中间层的厚度为0.2～0.8um；

b.在第二个时间段内，同时向炉腔内通入氩气Ar、氮气N2、乙炔气体C2H2，氩气Ar流量控制在500～800sccm保持不变，TiAl合金靶的蒸发电流为130～150A，温度控制在430℃～470℃；随着涂层的进行，氮气N2的流量从480～520sccm匀速下降到140～160sccm，乙炔气体C2H2的流量则从8～12sccm匀速上升到75～85sccm；使基体表面的TiN中间层上被涂上一层TiAlCN梯度层，该TiAlCN梯度层的厚度为2.6～3um；

c.在第三个时间段内，继续同时向炉腔内通入氩气Ar、氮气N2、乙炔气体C2H2，其中，氩气Ar流量由500～800sccm匀速调整到580sccm～620sccm，氮气N2流量由140～160sccm匀速调整到330～370sccm，乙炔气体C2H2流量由70～90sccm匀速调整到140～160sccm，TiAl合金靶的蒸发电流为130～150A，温度控制在430℃～470℃；使基体表面的TiAlCN梯度层上再被涂上一层TiAlCN过渡层，该TiAlCN过渡层的厚度＜0.1um；

d.在第四个时间段内，继续同时向炉腔内通入氩气Ar、氮气N2、乙炔气体C2H2，其中，氩气Ar、氮气N2、乙炔气体C2H2的流量保持在第三个时间段的收尾流量不变，即氩气Ar流量为580sccm～620sccm，氮气N2流量为330～370sccm，乙炔气体C2H2流量为140～160sccm；TiAl合金靶的蒸发电流为130～150A，温度控制在430℃～470℃；使基体表面的TiAlCN过渡层上再被涂上一层TiAlCN顶层，该TiAlCN顶层的厚度为0.5～1um。