[发明专利]氮化铬/氮化硼钛纳米复合多层涂层刀具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超硬涂层刀具，尤其涉及一种氮化铬/氮化硼钛纳米复合多层涂层，以及涂有该涂层的刀具的制备方法，属于薄膜材料领域。

发明内容

切削加工是机械制造中材料加工成形的一种主要方法，是指通过使用切削刀具，去除加工物表面多余的部分，已达到规定的形状、尺寸和品质的加工方法。随着机械制造业的不断发展，在加工过程中不使用任何切削液的高速、干切削是一项新的绿色制造工艺,它可获得洁净、无污染的切屑,同时省去了切削液及其处理的大量费用,降低了生产成本。据统计,在高生产率的生产企业,切削液和切削液的供给、保养及回收处理费用加在一起要占到工件制造成本的13%～17% ,同时还带来巨大的环境代价，而刀具费用仅占2%～5%。干切削并不是简单的少用或不用切削液,要考虑缺少了切削液的润滑、冷却、辅助排屑与断屑等功能。干切削由于弱化了切削液作用,在切削区域内会产生大量热量,切削用量愈大,切削区域内的温度也愈高,导致刀具寿命变短,生产效率降低,并使加工表面质量变差，因此,干切削能否顺利进行,刀具起着关键作用。高速干切削用的刀具须比湿式切削刀具能承受更高的切削温度,同时要求刀与工件接触区界面上有更小的摩擦系数,以解决传统湿式切削时刀具对切削液的冷却、润滑与排屑作用的依赖。在高速切削加工中，采用的刀具材料除了要求应具有良好的热稳定性、抗冲击性、耐磨性和抗热疲劳性以外，还要求与被加工工件材料之间，必须具有较小的化学亲和力。通常使用的金属刀具无法满足上述这些日益苛刻的要求，所以采用材料表面改性技术，将超硬刀具涂层材料镀于金属切削刀具表面，能发挥它“超硬、强韧、耐磨、自润滑”的优势，从而大大提高金属切削刀具在现代加工过程中的耐用度和适应性。

TiN涂层因为其较高的硬度成为常用的刀具涂层，但该涂层柱状晶中大量缺陷限制了材料硬度的进一步增加，而使用温度超过500℃时涂层就开始失效极大的限制了TiN涂层的应用和发展；在TiN中掺杂轻元素，例如B元素，会形成两相或三相的Ti-B-N非晶包裹纳晶米的纳米复合结构，可以大大的改善涂层的硬度、干摩擦性能以及红硬性。CrN涂层由于硬度高、耐磨损、耐高温尤其是优良的抗腐蚀性，使其在注塑模具以及耐磨部件上得到广泛应用。

纳米多层膜是目前刀具发展的最新趋势，其力学性能大大优于常规金属氮化物涂层，具有比单一涂层更好的切削性能。针对当今切削加工工艺对切削刀具的高要求，如若将Ti-B-N涂层系统和Cr-N涂层系统结合制备CrN/TiBN纳米复合超硬涂层，那么一定具有重要的工业应用前景。

发明内容

本发明解决了背景技术中的问题，提供了一种氮化铬/氮化硼钛纳米复合多层涂层刀具，该涂层刀具不但具有较好的耐磨性能，同时由于多层结构具有良好的耐腐蚀性能。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种氮化铬/氮化硼钛纳米复合多层涂层刀具，至少包括刀具基体、耐磨层以及沉积在刀具基体上的结合层，还包括有缓冲层和应力梯度层，缓冲层附着在结合层上，应力梯度层附着在缓冲层上，耐磨层附着在应力梯度层上，其中结合层由高能Cr离子轰击而成，缓冲层由低能Cr离子沉积而成，应力梯度层为CrN，耐磨层为CrN和TiBN交替层叠而成的纳米多层复合涂层。

结合层的厚度为10～30纳米，缓冲层的厚度为40～200纳米。

应力梯度层的厚度为300～600纳米，应力梯度层中厚度方向上有应力梯度2～4个。

耐磨层的总厚度为1～5微米，耐磨层中单层CrN厚度为2～10纳米，单层TiBN厚度为1～5纳米，耐磨层中的CrN以及TiBN均设有100～3000层。

所述刀具基体为高速钢或硬质合金刀具。