[发明专利]表面改性涂层切削刀片及其制备方法

权利要求书

1.一种表面改性涂层切削刀片，包含刀片基体和沉积于刀片基体上的涂层，其特征在于，所述涂层包含MT-TiZrCN涂层和具有刚玉结构的Al(Zr)₂O₃改性涂层，所述Al(Zr)₂O₃改性涂层位于所述涂层的最外层；所述Al(Zr)₂O₃改性涂层具有（300）晶面强织构取向，取向晶面的强度比值I(300)/I(110)=0.5～2.5；所述Al(Zr)₂O₃改性涂层的纵向面为柱状晶结构，所述柱状晶结构的顶部为四棱锥形，柱状晶的长径比为2～20；所述MT-TiZrCN涂层纵向面为柱状晶结构，柱状晶的长径比为3～30。

2.根据权利要求1所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述Al(Zr)₂O₃改性涂层是在沉积工艺的AlCl₃-CO₂-HCl-H₂S-H₂沉积气氛体系中加入ZrCl₄气氛制备得到，其中Zr元素是以ZrO₂微晶形式存在于α-Al₂O₃晶粒的晶界上；所述Al(Zr)₂O₃改性涂层中Zr含量为0.1at%～0.8 at%。

3.根据权利要求1或2所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述Al(Zr)₂O₃改性涂层的厚度为2.5μm～6.0μm。

4.根据权利要求3所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述Al(Zr)₂O₃改性涂层的厚度为3.0μm～4.5μm。

5.根据权利要求1或2所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述MT-TiZrCN涂层是在沉积工艺的TiCl₄-CH₃CN-HCl-N₂-H₂沉积气氛体系中加入ZrCl₄气氛制备得到；所述MT-TiZrCN涂层中Zr含量为0.1 at%～0.5 at%。

6.根据权利要求1或2所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述MT-TiZrCN涂层的厚度为2.0μm～10.0μm。

7.根据权利要求6所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述MT-TiZrCN涂层的厚度为4.0μm～8.0μm。

8.根据权利要求1或2所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述涂层中还包含有TiN层、α-Al₂O₃层、TiCxNyOz层中的至少一层；所述TiCxNyOz层中，x+y+z＝1且z＞0。

9.根据权利要求8所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述涂层由内到外依次包含有所述的TiN层、MT-TiZrCN涂层、TiCxNyOz层、α-Al₂O₃层和Al(Zr)₂O₃改性涂层。

10.根据权利要求9所述的表面改性涂层切削刀片，其特征在于，所述TiN层的厚度为0.1μm～0.5μm，所述MT-TiZrCN涂层的厚度为2.0μm～10.0μm，所述TiCxNyOz层的厚度为0.1μm～1.0μm，所述α-Al₂O₃层的厚度为0.1μm～2.0μm，所述Al(Zr)₂O₃改性涂层的厚度为2.5μm～6.0μm。

11.一种如权利要求9或10所述的表面改性涂层切削刀片的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备刀片基体；

（2）采用CVD工艺在所述刀片基体上沉积最内层的TiN层；

（3）采用MT-CVD工艺在所述TiN层上沉积TiZrCN涂层，即MT-TiZrCN涂层，具体工艺条件为：在TiCl₄-CH₃CN-HCl-N₂-H₂沉积气氛体系中加入ZrCl₄气氛，沉积温度为870℃～900℃，沉积压力50mbar～90mbar，调整ZrCl₄与TiCl₄气氛浓度比在0.1～0.3之间，控制所述沉积气氛体系中TiCl₄的气氛浓度为1.7vol%～2.5vol%，CH₃CN的气氛浓度为1.0vol%～1.5vol%，HCl的气氛浓度为0.8vol%～1.8vol%，N₂的气氛浓度为10vol%～14vol%，其余为H₂；

（4）采用CVD工艺在所述MT-TiZrCN层上沉积TiCxNyOz层；

（5）采用CVD工艺在所述TiCxNyOz层上沉积α-Al₂O₃层；

（6）采用CVD工艺在所述α-Al₂O₃层上沉积Al(Zr)₂O₃改性涂层，具体工艺条件为：在AlCl₃-CO₂-HCl-H₂S-H₂沉积气氛体系中加入ZrCl₄气氛，沉积温度为980℃～1020℃，沉积压力为50mbar～70mbar，调整所述沉积气氛体系中CO₂与HCl的气氛浓度比为0.7～0.8，ZrCl₄与AlCl₃的气氛浓度比为0.10～0.12，所述沉积气氛体系中CO₂的气氛浓度为2.8vol%～3.4vol%，AlCl₃的气氛浓度为1.4vol%～1.8vol%，同时控制所述沉积气氛体系中H₂S的气氛浓度为0.12vol%～0.15vol%，其余为H₂气体；完成沉积Al(Zr)₂O₃改性涂层后不进行涂层表面的后处理工艺，直接得到表面改性涂层切削刀片。