[发明专利]W‑S‑C‑N自润滑梯度涂层刀具及其制备工艺

权利要求书

1.一种W-S-C-N自润滑梯度涂层刀具，刀具基体材料为高速钢或硬质合金，其特征在于：刀具表面为W-S-C-N梯度涂层，W-S-C-N梯度涂层与刀具基体之间为Ti过渡层。

2.一种W-S-C-N自润滑梯度涂层刀具的制备工艺，其特征在于：沉积方式为电弧离子镀沉积Ti过渡层+中频磁控溅射沉积W-S-C-N梯度涂层，沉积时使用1个Ti靶、2个W-S-C复合靶，其制备工艺为：

(1)制备W-S-C复合靶：用数控加工方法在直径为101.6mm、厚度为4.7mm的C靶溅射区域中心位置均布加工10～15个沿圆周分布的盲孔，盲孔的直径小于溅射区域的宽度，盲孔的深度为3mm，在盲孔内分别放入与盲孔直径相同、厚度为5mm的WS₂圆片和C圆片；

(2)安装W-S-C复合靶：在镀膜机中频磁控溅射靶安装位置安装2个W-S-C复合靶；

(3)前处理：将刀具基体表面抛光至镜面，去除表面污物，然后依次分别放入酒精和丙酮中，超声清洗各15～20min，去除刀具表面的油污和其他污物，电吹风干燥充分后迅速放入镀膜机真空室，抽真空至7.0×10^-3Pa，加热至100～250℃，保温30～40min；

(4)离子清洗：通Ar气，气压为1.5Pa，开启偏压电源，电压为800V，占空比为0.2，辉光清洗15min；偏压降至400V，开启离子源，开启电弧源Ti靶，电流调至65A，离子清洗2～3min；

(5)沉积Ti过渡层：调整Ar气压为0.5～0.6Pa，偏压降至200～300V，电弧镀Ti 3～5min；

(6)沉积W-S-C-N梯度层：调整工作气压为0.6～1.0Pa，开启N₂，调整N₂初始流量为2～9sccm，N₂流量时间变化间隔为5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min，每个时间间隔N₂流量增加2～9sccm，N₂流量最终增加至14～63sccm；开启Ar气，Ar气流量为60～70sccm；开启2个中频磁控溅射W-S-C复合靶，W-S-C复合靶电流为1～2A，偏压调至100V，每隔28min调整偏压依次为100V、75V、50V、75V、100V，沉积W-S-C-N梯度层140min；

(7)后处理：关闭2个W-S-C复合靶，关闭离子源及气体源，关闭脉冲偏压，沉积涂层结束。

3.根据权利要求2所述的一种W-S-C-N自润滑梯度涂层刀具的制备工艺，其特征在于：W-S-C-N梯度层中的N元素含量沿涂层厚度方向线性变化，在W-S-C-N梯度层最外子层N元素含量达到最大值。

4.根据权利要求2所述的一种W-S-C-N自润滑梯度涂层刀具的制备工艺，其特征在于：通过调整W-S-C复合靶中C圆片的数量和调整通入N₂流量来调整W-S-C-N梯度涂层中C元素含量原子百分比、N元素含量原子百分比，使W-S-C-N梯度涂层中C元素含量最佳原子百分比在10～45％之间，N元素含量最佳原子百分比在5～45％之间。