[发明专利]Mo-Se-Ta+TiAlTaN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Mo‑Se‑Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法，该涂层刀具包括刀具基体材料，基体材料为高速钢或硬质合金，由刀具基体到表面涂层依次为Ti+TiN过渡层、TiAlTaN硬涂层、Zr过渡层和Mo‑Se‑Ta软涂层。该涂层刀具的制备方法采用多弧离子镀+中频磁控溅射方式，包括沉积Ti+TiN过渡层、沉积TiAlTaN硬涂层、沉积Zr过渡层和沉积Mo‑Se‑Ta软涂层的步骤。本发明的涂层刀具既具有较高的硬度，又具有良好的润滑性能和低的摩擦系数，同时具有良好的热稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性和抗磨损能力；具有广阔的应用前景；制备方法简单、易操作。

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造领域，尤其涉及Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法。

背景技术

TiN涂层作为一种硬质涂层，已广泛应用于切削刀具、刃具及各种模具表面作为耐磨和耐腐蚀层。然而，作为刀具涂层，切削过程中，TiN涂层表现出了抗氧化温度低，热硬度低等缺点。为提高TiN涂层硬度和热稳定性等，进一步研制出TiSiN、TiCrN及TiAlN等多种硬涂层。然而，作为刀具涂层，切削过程中，硬涂层刀具与工件摩擦系数较高，切削力大，导致切削温度较高，刀具寿命下降，加工工件表面质量受影响。为降低摩擦系数，减小刀具磨损，开发研制出一系列软涂层刀具，但软涂层硬度较低，易于磨损。软硬复合涂层刀具既硬涂层的高硬度，又具有软涂层的自润滑功效，使涂层刀具寿命得到了较大改善。Ta元素作为一种过渡金属元素，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化能力([1]Pfeiler M.,et al.Journal ofVacuum Science&Technology A:Vacuum,Surfaces,and Films,2009,27(3):554-560.[2]Rachbauer R.,et al.Surface and Coatings Technology,2012,211:98-103.)。因此，Ta元素的添加不仅能够提高软、硬涂层的热稳定性、抗氧化能力和耐腐蚀能力，同时能够提高软涂层的硬度。

文献(KhetanV.,et al.ACS Applied Materials&Interfaces,2014,6(17):15403-15411.)报道了一种AlTiTaN硬涂层，该涂层与AlTiN涂层相比表现出较好的抗氧化和热稳定性能，非常适合干加工应用场合。中国专利“申请号：201410263737.2”报道了TiSiN-WS₂/Zr-WS₂软硬复合涂层刀具，该刀具能够降低摩擦系数，减小刀具磨损。中国专利CN200910256536.9报道了一种MoS₂/ZrN软硬复合涂层刀具，该刀具既具有较低的摩擦系数，又具有较高的硬度，使涂层刀具的性能有了很大提高。中国专利CN201610819057.3报道了一种W-Se-Zr/ZrSiN软硬复合涂层刀具，该刀具既具有润滑性能，又具有较高硬度和耐磨性能。以上报道的几种软硬复合涂层刀具热稳定性、抗氧化及耐腐蚀性能等有待于进一步提高。目前国内外未见Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具的报道。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法，该涂层刀具提高了现有技术中软硬复合涂层刀具热稳定性、抗氧化及耐腐蚀性能；该制备方法简单、易操作，条件温和、易实现。

技术方案：本发明的Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具，包括刀具基体材料，基体材料为高速钢或硬质合金，由刀具基体到表面涂层依次为Ti过渡层、TiN过渡层、TiAlTaN硬涂层、Zr过渡层和Mo-Se-Ta软涂层。

上述Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具的制备方法，采用多弧离子镀+中频磁控溅射方式，包括以下步骤：