[发明专利]一种TiAlN刀具涂层及其制备方法和利用该刀具进行切削的切削方法

说明书

一种TiAlN刀具涂层及其制备方法和利用该刀具进行切削的切削方法，涉及材料表面加工领域，包括依次沉积于刀具基体表面的CrN结合层、TiAlN梯度层和TiAlN功能层,所述CrN结合层的晶粒为等轴晶,平均晶粒厚度≤0.5um,所述TiAlN梯度层的晶粒为等轴晶,平均晶粒厚度0.1um‑2um,所述TiAlN功能层的晶粒为等轴晶,平均晶粒厚度0.1um‑2um,所述TiAlN刀具涂层的厚度为0.5‑5um，该发明通过低电压，大电流的方式，实现结合层、过渡层、功能层均为等轴晶晶粒，形成致密、具有良好力学性能的多层涂层。

技术领域

本发明涉及材料表面加工领域，具体涉及一种TiAlN刀具涂层及其制备方法和利用该刀具进行切削的切削方法。

背景技术

采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积(PVD)方法在刀具表面涂覆一层硬质涂层是提高材料表面性能的一种经济实用的有效途径。在相同实验条件下，涂层刀具与未涂层刀具相比，切削寿命能提升3-5倍。因此，在切削工具上镀膜已成为解决难加工材料加工过程中刀具切削寿命低，生产效率低与产品质量差的重要方法。TiAlN涂层则为当前用于加工比较难加工的材料的代表涂层，与TiN相比，Al的加入会改变涂层的晶体结构从而导致晶格畸变。在高温环境下，Al元素与O2形成具有更高硬度和抗热性的Al2O3 极大增强了刀具切削性能与使用寿命。

然而，在难加工材料的加工过程中，同样加工环境下，不同涂层刀具加工同一难加工材料表现出不一样的磨损机理与失效形式。这与涂层表面与切削材料接触时的摩擦条件，耐热性，硬度有密切关系。不同涂层材料在加工过程中产生不同的磨损形式，而该磨损形式导致了后续切削加工过程所产生的磨损条件，从而产生不同的切削热及失效形式。因此，针对不同结构的涂层采用适合的冷却方式显得十分重要。

但针对目前的生产情况看来，仅靠刀具涂层对刀具提供保护，难以实现对难加工材料的高速高效加工。为了满足实际生产情况下的产品质量与高生产效率，涂层刀具配合良好合适的冷却方式，成为当前高速高效加工的有效策略。而微量润滑技术因其具有良好的渗透性，冷却润滑性能，对环境及操作工人友好，则成为当前绿色冷却方式中最广泛应用的代表技术，并逐渐成为传统切削液的替代品。而油水复合喷雾技术则为当前微量润滑技术最为有效的切削方式。与普通的纯油微量润滑相比，油水复合喷雾技术由于水的加入大大降低了在切削过程中所产生的热量，更适合于难加工材料加工，例如高温合金、不锈钢等材料的高效切削。然而，当刀具磨损量过大时，由于油水复合喷雾技术产生的雾粒直径较大，难以在大面积的刀具切屑接触情况下发挥稳定，有效的渗透作用。这使得这项十分具有发展前景的绿色切削技术在当前国家大力提倡绿色制造，绿色环保的环境下受到了限制。

因此，十分有必要针对油水复合喷雾技术开发对应的刀具涂层，以发挥涂层加工最大潜力及实现绿色制造，绿色环保。

发明内容

本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种TiAlN刀具涂层,该涂层实现结合层、过渡层、功能层均为等轴晶晶粒，形成致密、具有良好力学性能的多层涂层。

本发明的目的之二在于避免现有技术中的不足之处而提供一种TiAlN刀具涂层的制备方法，该制备方法操作简单。

本发明的目的之三在于避免现有技术中的不足之处而提供一种利用该刀具进行切削的切削方法，等轴晶TiAlN涂层刀具在切削过程中表现的良好耐高温及耐磨性能保持前刀面完整形态，有效地减缓了月牙洼、材料粘结在前刀面上的出现，能够提高其切削性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种TiAlN刀具涂层，适用于油水复合喷雾冷却，包括依次沉积于刀具基体表面的CrN结合层、TiAlN梯度层和TiAlN功能层,所述CrN结合层的晶粒为等轴晶, 平均晶粒厚度≤0.5um, 所述TiAlN梯度层的晶粒为等轴晶,平均晶粒厚度为0.1um-2um, 所述 TiAlN功能层的晶粒为等轴晶, 平均晶粒厚度为0.1um-2um,所述TiAlN刀具涂层的厚度为0.5-5um。