[发明专利]一种涂层

说明书

一种涂层，包括打底层、功能层、表面覆盖层，所述打底层与功能层之间施加特定的成分过渡层，所述打底层、成分过渡层、功能层、表面覆盖层依次涂覆于基材上，得到涂层工具，所述成分过渡层为成分梯度层，所述成分梯度层同时包含Ti、Al、Si、N四种元素，其中Al含量随着距基材表面的距离增大而逐渐减小，Si含量随着距基材表面的距离增大而逐渐增大。

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种涂覆加工工具的涂层。

背景技术

在机械加工领域，加工工具往往要求耐高温氧化、易排屑、抗冲击和耐磨等特点，例如，在钻削加工应用中，通常需要钻头具有耐高温氧化、易排屑、抗冲击和耐磨等特点。硬质涂层通常是指施加在材料表面进行防护的覆盖层，可以有效地降低各类部件的机械磨损、化学腐蚀及高温氧化倾向，从而延长其使用寿命。因此，通常在加工工具如钻头表面施加一层硬质涂层来提高寿命。传统的硬质涂层主要包括TiAlN、AlCrN、TiSiN和TiCN等涂层。通过调研发现，传统的涂层方案在一些应用中，例如，在铁系合金钻削加工中还存在明显不足。例如，TiAlN涂层具有良好的抗高温性能，但是在沉积过程中容易以柱状性生长，涂层不够细腻致密；AlCrN涂层具有较好的抗高温氧化和抗粘性，但该涂层的热稳定性和抗冲击性不足；TiSiN涂层组织细腻，但是应力比较大，高温耐磨性不足；TiCN涂层摩擦系数低，利于排屑，但是使用温度较低，在加工不锈钢时耐磨性明显表现不足。在公开号为CN103874780A中公开了一种利用HIPIMS在钻头上涂覆DLC涂层的方法，因碳与铁的倾向性问题，该方法难以弥补在铁系合金钻削加工中的缺点。另外，有研究者为结合两类涂层的优点，设计了简单的多层涂层，但是又引入了层间结合强度低等新的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供适用于一种适用于加工工具的涂层，以解决上述问题。

一种涂层，所述涂层包括打底层、功能层、表面覆盖层，所述打底层与功能层之间还设置了成分过渡层，所述成分过渡层为成分梯度层，所述成分梯度层同时包含Ti、Al、Si、N四种元素，其中Al含量随着距基材表面的距离增大而逐渐减小，Si含量随着距基材表面的距离增大而逐渐增大。

进一步地，所述打底层的化学组成为Ti_(1-x)Al_xN，x≤0.67或者x≤0.50，其中，x表示仅考虑金属元素时Al元素的原子百分比。

进一步地，所述功能层的化学组成为Ti_pAl_qSi_dN，其中，p+q+d＝1，p、q和d为仅考虑对应平衡元素Ti、Al和Si元素的原子百分比，0.30≤q≤0.50，0.02≤d≤0.10；或者0.35≤q≤0.45，0.03≤d≤0.06。

进一步地，所述功能层的取向择优系数大于等于1，所述功能层(200)的取向择优系数大于等于1，由以(200)晶面择优生长的立方结构氮化钛组成，在择优取向(200)晶面上的晶粒度范围为5～20nm。

进一步地，所述表面覆盖层的化学组成为Ti_aAl_bSi_cN，其中a+b+c＝1，a、b和c为仅考虑对应平衡元素Ti、Al和Si元素的原子百分比；其中b≤0.67，c≤0.15；或者a＝0.9，b＝0，c＝0.1；或者a＝0.5，b＝0.5，c＝0。

进一步地，所述打底层、成分过渡层、功能层、表面覆盖层的总厚度为0.1～5μm；及/或，所述打底层、功能层的厚度分别占涂层总厚度的15～20％、55～65％，所述成分过渡层的厚度占功能层厚度的30～40％。

一种涂层工具，包括一基材和所述涂层，所述涂层形成于所述基材上，形成涂层工具。

一种加工所述涂层的方法，包括以下步骤：

提供一经过表面处理的基材；

于所述基材上形成所述打底层；