[发明专利]一种软硬复合涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明公开了一种软硬复合涂层刀具及其制备方法，包括基体以及涂覆在该基体外表面的软硬复合涂层，该基体的材质为硬质合金，该软硬复合涂层从内到外依次包括一ZrN过渡层、一CN_x硬涂层和一WS₂软涂层，该ZrN过渡层通过直流反应磁控溅射法制备，该CN_x硬涂层和WS₂软涂层均通过射频磁控溅射法制备。本发明中的软硬复合涂层综合了WS₂软涂层和CN_x硬涂层的优点，将硬涂层的高硬度、高耐磨性与软涂层的减摩性相结合，使刀具既能拥有高的耐磨性又具有极低的摩擦系数。

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，具体涉及一种软硬复合涂层刀具及其制备方法。

背景技术

根据涂层材料的性质，涂层刀具可分为两大类，即硬涂层刀具和软涂层刀具。硬涂层刀具的特点是硬度高，耐磨性好，但其缺点是刀具与工件摩擦系数较高，切削力较大，导致切削温度较高，加工工件表面质量受影响。软涂层刀具的特点是具有较低的剪切强度，刀具与工件的摩擦系数低，但是软涂层刀具耐磨性较差，刀具寿命较低。目前涂层刀具的发展是涂层成分趋于多元化和复合化。复合多涂层及其相关技术的出现，既可提高涂层与基体的结合强度，又综合了多种材料的物理化学特性，使涂层刀具的性能和寿命有了较大改善。

中国专利(专利号ZL200610068975.3)公开了自润滑复合软涂层刀具及其制备方法，采用中频磁控+多弧法镀膜方法制备的MoS₂/Zr/Ti复合涂层刀具，刀具表面为MoS₂层，MoS₂层与刀具基体之间具有Ti、MoS₂/Zr/Ti和MoS₂/Zr/过渡层。该刀具进行干切削时，刀具表面能形成具有润滑作用的连续固态润滑层，从而实现刀具的自润滑功能。但该涂层硬度较低，而且MoS₂层在350℃时剧烈氧化，严重影响了涂层刀具的应用范围和使用寿命。

中国专利(专利号ZL201310465488.0)公开了一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法，采用CO₂激光同步送粉方式在刀具前刀面首先熔覆纳米Al₂O₃陶瓷或超细硬质合金硬质涂层，然后采用镍包MoS₂或镍包WS₂粉末熔覆自润滑软涂层。该刀具具有韧性好，硬度高及自润滑作用等特点。在干切削时，硬质涂层承受载荷，前刀面自润滑软涂层剪切强度较低，能够减少刀屑之间的摩擦，降低切削温度和切削力，从而减小刀具的磨损。但由于该复合涂层没有设计过渡层结构，并且涂层设计厚度较厚，导致涂层残余应力上升，与基体结合力明显下降，用于切削时涂层易剥落。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种软硬复合涂层刀具。

本发明的另一目的在于提供上述软硬复合涂层刀具的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种软硬复合涂层刀具，其特征在于：包括基体以及涂覆在该基体外表面的软硬复合涂层，该基体的材质为硬质合金，该软硬复合涂层从内到外依次包括一ZrN过渡层、一CN_x硬涂层和一WS₂软涂层，该ZrN过渡层通过直流反应磁控溅射法制备，该CN_x硬涂层和WS₂软涂层均通过射频磁控溅射法制备。

在本发明的一个优选实施方案中，所述ZrN过渡层的厚度为0.2～0.3μm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述CN_x硬涂层的厚度为0.9～1.2μm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述WS₂软涂层的厚度为0.6～0.8μm。

上述软硬复合涂层刀具的制备方法，包括如下步骤：