[发明专利]用于低速重载车削钢、不锈钢的刀具涂层

说明书

技术领域：

本发明涉及的是一种采用高温化学气相沉积（CVD）方法制备的多层复合硬质刀具陶瓷涂层，尤其与用于低速重载车削钢、不锈钢领域的刀具涂层。

背景技术：

硬质涂层是现代制造业的关键技术之一，制造业的技术进步对工具的硬质涂层提出越来越高的要求。切削刀具在切削加工过程中承受极大的机械负荷和热负荷、极易产生磨损、磨耗损伤，致使其使用寿命急剧下降。因此，对切削刀具进行表面改性，提高表面性能，对提高切削刀具寿命极其重要。切削刀具采用表面涂层技术能有效地提高其切削性能和使用寿命，使刀具获得优异的综合性能，从而可大幅度提高机械加工效率。

化学气相沉积分为高温化学气相沉积（HT—CVD）和中温化学气相沉积（MT—CVD）两种。HT—CVD沉积温度大于900℃，主要沉积种类为金属碳化物、氮化物、氧化物、硼化物、硅化物等单层及多层复合涂层。MT—CVD沉积温度低于900℃，于20世纪90年代中期发展成熟，其主要目的就是为了替代HT—TiCN，由于沉积时采用含有C—N原子团的有机化合物，可以在相对较低的温度下以更快的速度制取TiCN，并且MT—TiCN较HT—TiCN相比组织结构更致密，应力也小，所以具有更好的耐磨损性能和韧性，同时，由于温度较低，还会避免产生对涂层刀具产生负面影响的脱碳层,降低涂层刀具的脆性，防止刀具在切削过程中崩碎。MT—CVD方法还可以沉积TiN、TiSiN等涂层，近期也有用MT—CVD方法沉积κ—Al₂O₃和γ— Al₂O₃的报道，但是工艺并不成熟。 

在硬质涂层的种类和品种方面，随着制造业规模化的发展，现在的单一化合物涂层和多元化合物涂层，如TiN、TiC、TiCN等，已经不能满足高速、高效、绿色切削方式对工具硬质涂层提出的苛刻要求，需要硬质涂层在硬度、结合力、抗高温氧化等诸多性能上有进一步的提高。为满足这些要求，发达国家已经投入大量的财力和人力进行涂层方面的研究，并且已经取得了很多成果并进入了市场，在CVD涂层方面，主要是对各种涂层进行组合，形成复合涂层，如早期的TiC/TiN、TiC/TiCN/TiN等，但是随着加工技术和材料技术的不断发展，对涂层的硬度、韧性、耐磨损性能及耐高温氧化等诸多性能提出了更高的要求，因此出现了含有Al₂O₃的复合涂层，如TiCN/Al₂O₃、TiCN/TiC/Al₂O₃、TiCN/Al₂O₃/TiN、TiCN/TiC/Al₂O₃/TiN、TiCN/Al₂O₃/TiCN等，目前这些涂层广泛的应用于钢、不锈钢、铸铁等材料的加工领域。但是，这同样也给我们造成了一个误区，认为凡是含有Al₂O₃的涂层都比不含有Al₂O₃的涂层好用，但事实却并非如此，在低速重载车削钢、不锈钢等易加工材料过程中，由于发热量相对较少，刀片温度相对较低，Al₂O₃优异的耐高温氧化性能根本体现不出来，普通的TiC/TiCN涂层就可以胜任，效果甚至可能更好，此外，为了控制Al₂O₃涂层稳定的成核、生长并获得良好的结合力，需要对HCl、H₂S、CO₂、CO等各种反应气体进行精确控制，不仅时间长、工艺复杂，而且工艺气体耗费较高， 

发明内容：

本发明的目的是提供一种工艺简单，耗费较低，使用寿命长的用于低速重载车削钢、不锈钢的刀具涂层。

本发明是这样实现的： 

所述的涂层为复合涂层，复合涂层与基体接触的为第一TiN层，依次沉积第一TiC层、第一TiCN、第二TiC、第二TiCN、第二TiN层，第一TiN层的沉积温度880—900℃，沉积压力95—101KPa，使用气体为TiCl₄、H₂、N₂、Ar，其中TiCl₄用载H₂带入反应炉中，TiCl₄水温45—48℃，涂层厚度0.5—1um，反应方程式如下：