[发明专利]一种硬质合金多层梯度稀土复合涂层的制备方法

说明书

本发明提供了一种硬质合金多层梯度稀土复合涂层及其制备方法，该硬质合金多层梯度稀土复合涂层,包括：硬质合金为基体材料，含有TiCrN、TiAlN、TiBN和TiSiN涂层，以及稀土复合涂层，所述涂层呈多层梯度涂层，该涂层可以显著提高硬质合金的抗氧化性能、抗冲击性能、断裂韧性和抗弯强度，改善硬质合金的耐磨性和硬度，延长刀具在正常磨损条件下的使用寿命。

技术领域

本发明属于硬质合金材料及制造技术领域，涉及一种硬质合金多层梯度稀土复合涂层的制备方法。

背景技术

随着现代机械加工工业朝着高精度、高速切削、绿色干式切削以及降低成本等方向的发展，人们对硬质合金刀具提出了越来越高的要求。在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度、表面质量有着决定性的影响。为了改善硬质合金刀具的切削加工性能，通常在刀具基体上溅射一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜组成的涂层，能显著地提高切削加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本。近几年来，刀具涂层已发展为添加多种功能化元素(抗磨损、低摩擦、耐氧化)，具有多种结构(纳米多层、纳米复合、梯度或多层结构等)的复合涂层。早期利用物理气相沉积技术制备的硬质涂层材料，通常是简单的TiN、TiC涂层，具有较高的抗机械磨损、抗磨粒磨损性能和较低的摩擦系数，但涂层的高温抗氧化性较低，在高速加工或干切削的条件下效果不够理想。近年来，在TiN涂层中添加Cr、Al、B、Si等元素形成多组元的多元涂层，如TiCrN、TiAlN、TiBN、TiSiN等涂层，显微硬度达到HV3000，具有比TiN、TiC涂层更高的抗机械磨损、抗磨粒磨损性能，且涂层的应用温度也可提高到800℃以上。虽然这些多元涂层有效提高了刀具的抗机械磨损性能，但仍不能满足现代高速加工对刀具更好性能的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种硬质合金多层梯度稀土复合涂层及其制备方法，可以显著提高提高硬质合金的抗氧化性能、抗冲击性能、断裂韧性和抗弯强度，改善硬质合金的耐磨性和硬度，延长刀具在正常磨损条件下的使用寿命，并且成本低廉，适合工业化生产与应用。

本发明的一种硬质合金多层梯度稀土复合涂层,包括：硬质合金为基体材料，含有TiCrN、TiAlN、TiBN和TiSiN涂层，以及稀土涂层，所述涂层呈多层梯度复合涂层，其中，稀土涂层涂于硬质合金表面以及TiCrN、TiAlN、TiBN和TiSiN涂层之间。

上述本发明的涂层，所述硬质合金为WC、WC-Co、WC-Ni等，所述涂层从内到外次序为TiCrN、TiAlN、TiBN和TiSiN，所述TiCrN、TiAlN、TiBN和TiSiN涂层的厚度分别为3-5μm、6-12μm、7-15μm、10-30μm，所述TiCrN：TiAlN：TiBN：TiSiN涂层的质量比为0.5-1.0：1.0-1.5：1.5-3.0：2.0-5.0,所述稀土复合涂层的材料为稀土元素Y、La、Ta和Sc中的任意一种，稀土涂层的质量不超过其覆盖涂层质量的5％，优选3.5％。

本发明的一种制备硬质合金多层梯度稀土复合涂层的方法，包括：a)以硬质合金作为基材b)以TiN、TiC、Cr、Al、B和Si以及选自Y、La、Ta和Sc的稀土元素作为涂层材料，c)采用磁控溅射方法，以梯度涂层方式，在合金表面依次沉积纳米稀土涂层、TiCrN涂层、稀土涂层、TiAlN涂层、稀土涂层、TiBN涂层、稀土涂层、TiSiN涂层，其中，所述TiCrN、TiAlN、TiBN、TiSiN涂层的厚度为3-5μm、6-12μm、7-15μm、10-30μm，所述TiCrN：TiAlN：TiBN：TiSiN的质量比为0.5-1.0：1.0-1.5：1.5-3.0：2.0-5.0,所述稀土复合涂层的材料为稀土元素Y、La、Ta和Sc中的任意一种，稀土涂层的质量不超过其覆盖涂层质量的5％，优选3.5％。