[发明专利]氮化硼系复合涂层、具有该复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法

权利要求书

1.一种氮化硼系复合涂层，其特征在于：包括用于沉积至刀具基体表面作为过渡层的TiBCN层、沉积于过渡层上作为结合层的Ni₃Si₂层和沉积于结合层上作为耐磨层的CBN层；

所述过渡层厚度为0.1-15微米；所述结合层的厚度为1.6-3微米；所述耐磨层的厚度为0.1-3微米；

所述TiBCN 层中硼的含量为10at%至15at%；所述TiBCN层的晶粒是小于2微米的粒状至柱状构型，所述TiBCN 层显微维氏硬度为30Gpa以上。

2.根据权利要求1所述的氮化硼系复合涂层，其特征在于：所述过渡层厚度为2-8微米；所述结合层的厚度为1.6-2微米；所述耐磨层的厚度为1.0-2.0微米。

3.根据权利要求2所述的氮化硼系复合涂层，其特征在于：所述TiBCN层的晶粒是小于500nm的柱状构型。

4.一种制备如权利要求1至3任意一项所述的氮化硼系复合涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

（1）采用CVD 法沉积作为过渡层的TiBCN层，具体是采用MT-CVD 法制备TiBCN层，其制备温度为 800-950℃，并且采用BCl₃作为硼源，BCl₃占总气流的0 .5%-10%，乙腈用作碳源和氮源；

（2）采用高纯Ni₃Si₂合金靶，用高纯氮气作为溅射气体，在基体温度500℃、压力0.2Pa、溅射功率300W、溅射时间为2.5-4小时的溅射条件下制备作为结合层的Ni₃Si₂层，将结合层沉积于所述过渡层上；

（3）采用CVD 法将作为耐磨层的CBN层沉积于所述结合层上；

具体是将沉积好的Ni₃Si₂层衬底放入直流等离子体的喷射化学气相沉积设备中，先通入BF₃、N₂和Ar三种气体，在正偏压30-40V条件下刻蚀25-35分钟，对衬底进行清洁处理，刻蚀完后通入H₂，然后再沉积CBN层；

沉积CBN层所采用的工艺参数为：BF₃、N₂、Ar和H₂的流量分别为20sccm、2slm、4slm、5sccm，总反应气压为4kPa，衬底负偏压为65V，衬底温度为860℃，沉积时间为60min。

5.一种具有氮化硼系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具，其特征在于：

由刀具基体和设置于刀具基体上的氮化硼系复合涂层构成；

所述刀具基体包括正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层，所述正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层按照从内而外的顺序依次排列；

所述氮化硼系复合涂层包括用于沉积于贫钴富立方相层表面作为过渡层的TiBCN层、沉积于过渡层上作为结合层的Ni₃Si₂层和沉积于结合层上作为耐磨层的CBN层；

所述过渡层厚度为0.1-15微米；所述结合层的厚度为1.6-3微米；所述耐磨层的厚度为0.1-3微米；

所述TiBCN 层中硼的含量为10at%至15at%；所述TiBCN层的晶粒是小于2微米的粒状至柱状构型，所述TiBCN 层显微维氏硬度达到30Gpa以上。

6.根据权利要求5所述的具有氮化硼系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具，其特征在于：

所述正常组织层的厚度大于2mm,所述富钴过渡层的厚度为20-100微米；所述贫钴富立方相层的厚度为20-50 微米。

7.根据权利要求6所述的具有氮化硼系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具，其特征在于：通过权利要求4的方法制备所述氮化硼系复合涂层。