[发明专利]一种氮化钼/氮硼钛纳米复合多层涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氮化钼/氮硼钛纳米复合多层涂层刀具及其制备方法，应用于机械加工行业，属于机械切削刀具加工领域。本发明提供的一种氮化钼/氮硼钛纳米复合多层涂层刀具，至少包括刀具基体，所述的刀具基体上由内至外依次附着有过渡层、耐磨层和自润滑层，过渡层、耐磨层和自润滑层的总厚度为1～4μm，其中过渡层为TiN，过渡层厚度为100～200nm，耐磨层由TiBN层和MoN层交替复合构成，自润滑层为MoN。该涂层刀具具有较高的硬度、较好的附着力以及良好的耐磨性能；并且此结构涂层对不同基体材质具有广泛的应用性，同时易于产业推广。

技术领域

本发明提供了一种氮化钼/氮硼化钛(MoN/TiBN)纳米复合多层涂层刀具，应用于机械加工行业，属于机械切削刀具加工领域，本发明还提供了上述刀具的制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，新材料、新技术越来越受到人们的重视。现代工业对制造业的要求也不断提高，各种新型材料层出不穷，各种工业技术也不断创新。在制造业中，高速高效的切削技术成为了加工制造业的主流技术。高速高效切削是一项复杂的系统工程，涉及机床、刀具和材料等诸多领域技术配合和技术创新。高速高效切削加工要获得良好的应用效果，必须是高性能的高速切削机床、与工件材料相适应的刀具和基于特定加工对象的切削工艺的结合。而传统刀具硬质合金刀片高速铣削钢件时，由于它在高温下受到交变热负荷的作用，刀具容易因为本身的脆性而剥落，同时在切削过程当中因为刀具后隙面磨损严重，刀刃容易大块崩刃，因此导致其无法满足高端制造业对先进数控加工工艺的要求。

90年代发展起来的硬质合金涂层刀具，集成了强度、韧性和硬度等优势，它的出现是刀具历史上的一个重要里程碑。硬质合金刀具是指在硬质合金基体上，利用物理气相沉积技术涂覆一层耐磨性好的功能涂层，涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件之间的化学反应和扩散，从而减少磨损，延长寿命。

在涂层刀具的发展中，刀具结构性能随着工业要求的提高而不断更新换代。纳米晶复合多层涂层能兼顾单层涂层的一些性质，拥有更加良好的机械性能，适合更高的机械加工切削刀具要求，具有良好的市场前景和显著的竞争力。在这些涂层中，MoN由于其卓越的性能被广泛研究和应用，金属氮化物薄膜Mo-Nx一般具有较低的摩擦系数，并且在高温情况下会形成MoO₃,这是一种典型的自润滑相，能很好的降低摩擦和切削磨损。TiBN涂层可以明显的提升涂层的硬度、干摩擦性能以及红硬性。将两种涂层相互结合，可以大大改善涂层的性能，具有重要的工业应用前景。

ZL 201010608461申请了一种类DLC/TiAlN/CrN/Cr多层超硬涂层，所制备涂层硬度较高，但是膜层种类较多。ZL200910044474.5公开了一种周期性沉积的多涂层刀具及其制备方法，该多涂层刀具涂层是以“TiN层到TiSiN层到MoN层到TiSiN层”为一个周期的多周期涂层。此两项专利技术所制备涂层虽然硬度较高，但是制备过程复杂，用于实际生产可操作性不高，没有太大的工业化应用价值。

发明内容

本发明提供了一种氮化钼/氮硼化钛(MoN/TiBN)纳米复合多层涂层刀具，该涂层刀具具有较高的硬度、较好的附着力以及良好的耐磨性能；并且此结构涂层对不同基体材质具有广泛的应用性，同时易于产业推广。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种氮化钼/氮硼钛纳米复合多层涂层刀具，至少包括刀具基体，所述的刀具基体上由内至外依次附着有过渡层、耐磨层和自润滑层，过渡层、耐磨层和自润滑层的总厚度为1～4μm，其中过渡层为TiN，过渡层厚度为100～200nm，耐磨层由TiBN层和MoN层交替复合构成，自润滑层为MoN。

耐磨层中每层TiBN层+MoN层的厚度为5～10nm。

自润滑层厚度为20～50nm。

所述的刀具基体的材质为工具钢、高速钢或硬质合金。