[发明专利]一种AlTiN/AlTiYN纳米多层刀具涂层及其制备方法

说明书

本发明属于刀具涂层材料技术领域，公开了一种AlTiN/AlTiYN纳米多层刀具涂层及其制备方法。该方法采用电弧离子镀膜技术，并通过样品转架的旋转以及涂层结构自组装实现AlTiN/AlTiYN纳米多层涂层刀具的制备。当样品正对着AlTi靶时，基体沉积一层AlTiN层；正对着AlTiY靶时，沉积一层AlTiYN层；AlTiN层和AlTiYN层交替沉积形成AlTiN/AlTiYN纳米多层涂层。涂层成分为Al:20～32at.％、Ti:10～30at.％、Y:1～5at.％、N:45～57at.％。通过调整转架公转及自传速度可对AlTiN及AlTiYN调制层的厚度进行调控。

技术领域

本发明属于刀具涂层材料技术领域，特别涉及一种AlTiN/AlTiYN纳米多层刀具涂层及其制备方法。

背景技术

在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜(如TiC，TiAlN，Al₂0₃等)的涂层刀具，结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，降低了刀具与工件之间的摩擦因数，提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。因此，涂层硬质合金刀具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的切削寿命。TiN涂层耐温有限，当硬质合金涂层刀具使用温度超过500℃时涂层便开始失效，而TiAlN的耐温也在700℃左右，不能满足刀具高速加工的要求。AlTiN是将Al元素沉积到TiN中而形成的PVD刀具涂层。迄今为止，通过增加TiAlN、AlTiN涂层中的铝含量，从而增强刀具涂层的耐高温性能和硬度，一直是刀具制造商和涂层公司关注的重大技术课题。自1995年以来，人们一直在持续不断地研究和改进相关的气相沉积工艺。到2000年，AlTiN涂层中铝元素与钛元素的成分比例已从原来的1∶2提高到3∶2，即铝含量已从33％增加到60％。从实际使用效果看其硬度可达到36GPa,高温抗氧化达到850℃。但与现代高速切削要求(刀具切削时，局部温度可达1000℃左右)相比，AlTiN高温抗氧化性能还需提高。涂层成分的多元化可提高涂层的综合性能。稀土元素Y是提高涂层高温抗氧化性最有效的元素之一，然而Y元素超过一定量时，涂层中部分面心结构开始向密排六方结构转变，致使涂层硬度下降，从而使涂层刀具无法满足高速切削的高硬度要求。

采用形成多层结构的方法，可在充分利用单层涂层原有优良综合力学性能优势的条件下，进一步提高其硬度、韧性和高温抗氧化性能，是目前提高刀具涂层切削性能的重要技术措施。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种AlTiN/AlTiYN纳米多层刀具涂层的制备方法；该方法是采用传统PVD技术(电弧离子镀)制备，通过样品转架的旋转实现纳米多层结构；当样品正对着AlTi靶时，基体沉积一层AlTiN层；正对着AlTiY靶时，沉积一层AlTiYN层；AlTiN层和AlTiYN层交替沉积形成AlTiN/AlTiYN纳米多层涂层，旋转速度快慢决定了每层AlTiN层和AlTiYN层的厚度，解决的问题是实现高硬度、高耐磨性和高温抗氧化性好的效果。

本发明的再一目的在于提供一种上述制备方法得到的AlTiN/AlTiYN纳米多层刀具涂层；该涂层可实现高硬度、高耐磨性和高温抗氧化性好的效果且该涂层制备工艺简单，成本低廉，适应性好，有很大的应用推广潜力。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种AlTiN/AlTiYN纳米多层刀具涂层的制备方法，包括如下具体步骤：

S1.刀具基体清洗：将刀具基体抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗10～20min，再用氮气吹干后装入真空室内；