[发明专利]加工不锈钢专用涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明提供了一种加工不锈钢专用涂层刀具，它包括刀具基体和自内而外依次沉积在所述刀具基体表面的Ti过渡层、TiN过渡层和CrAlTiSiN主体涂层，所述CrAlTiSiN主体涂层中Cr、Al、Ti、Si、N的原子比分别为：25%～35%、15%～20%、5%～9%、2%～5%和37%～46%。该刀具具有高显微硬度、低摩擦系数、优异的附着力和优良的高温服役性能。本发明还提供一种制备所述加工不锈钢专用涂层刀具的方法，包括基体清洗、制备Ti过渡层、制备TiN过渡层和制备CrAlTiSiN主体涂层。该制备方法工艺简单、易于工业化生产。

技术领域

本发明属于刀具技术领域，具体涉及一种加工不锈钢专用涂层刀具及其制备方法。

背景技术

不锈钢在生产中有较为广泛的应用，如工业石油管道上所使用的阀门、联接紧固法兰盘、球阀、医药器械及食品器械中的卫生级阀门、常见的生活类五金件等。不锈钢之所以很少生锈，主要是因为其有较高的抗腐蚀性，通常材料中含Cr量在10%以上，并含有大量的Ni成分，在较高的温度下也能保持一定的强度。市场上常选用的钢种有304、316、316L等，与其他材料组相比，不锈钢属于难切削材料范畴。不锈钢的难切削特性主要表现在以下几个方面：

黏结现象严重：由于韧性及塑性比其他材料好，因此在加工过程中切屑容易粘接在前刀面上；

切削抗力大：不锈钢与其他钢种相比，因为塑性和韧性较好，使得在加工过程中切屑不易从不锈钢基体上分离，导致形成较大的切削抗力；

导热系数低：因为导热系数较其他材料低，因此在切削加工中产生的大量温度来不及通过切屑直接排出带走从而热量附加在工件本身上，导致切削刀具的刀尖部位容易形成比较集中的高切削温度，致使切削刀具磨损严重；

加工硬化严重：切削变形严重，晶格间易产生严重的扭转变形，不稳定的奥氏体将部分向马氏体转化，产生强化效应，表面硬化程度可达不锈钢原材料的 250%～350%，其硬化深度可以达到切削深度的三分之一。

目前，市面上的加工不锈钢的刀具主要有硬质合金刀具和硬质合金涂层刀具两大类，其中涂层刀具近年来发展迅速，涂层成分主要以TiN、TiAlN；但在不锈钢的高速切削加工中，上述刀具的性能依然无法胜任。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

由鉴于此，本发明提供一种加工不锈钢专用涂层刀具，包括刀具基体和自内而外依次沉积在所述刀具基体表面的Ti过渡层、TiN过渡层和CrAlTiSiN主体涂层，所述CrAlTiSiN主体涂层中Cr、Al、Ti、Si、N的原子比分别为：25%～35%、15%～20%、5%～9%、2%～5%和37%～46%。

基于上述，所述刀具基体为陶瓷基体、硬质合金基体或纯金属基体。

本发明还提供一种制备所述的加工不锈钢专用涂层刀具的方法，包括以下步骤：

基体清洗：依次对刀具基体进行酸洗、碱洗、去离子水冲洗和离子清洗，得到洁净刀具基体；

制备Ti过渡层：利用高功率脉冲磁控溅射技术溅射金属Ti靶，在所述洁净刀具基体上沉积Ti过渡层，得到一次沉积刀具基体；

制备TiN过渡层：以N2为反应气体，在所述一次沉积刀具基体表面沉积TiN过渡层，得到二次沉积刀具基体；

制备CrAlTiSiN主体涂层：利用高功率脉冲磁控溅射技术溅射TiSi复合靶、AlCr复合靶材和纯Cr靶，在所述二次沉积刀具基体上沉积CrAlTiSiN主体涂层，得到加工不锈钢专用涂层刀具。

基于上述，所述TiSi复合靶中Ti原子与Si原子的原子比为80：15；所述AlCr复合靶中Al原子与Cr原子的原子比为30：70。