[发明专利]一种多元纳米叠层涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多元纳米叠层涂层刀具及其制备方法，刀具基体材料为高速钢、硬质合金或陶瓷，刀具基体材料表面具有TiBCrC+AlVCN交替分布的多元纳米叠层涂层，该叠层涂层至少含有两个TiBCrC和两个AlVCN单个层，且TiBCrC与AlVCN单个层的厚度小于等于50nm；该涂层的制备方法采用多弧离子镀+中频磁控溅射方式。该刀具表面叠层涂层综合了碳化物涂层、碳氮化物涂层及叠层结构的优点，使得刀具涂层内部残余应力明显较低，涂层与基体及涂层间结合强度较高；同时，涂层具有较高的硬度、良好的物理机械性能、热稳定性、抗氧化性和抗磨损性等。该刀具弥补了单一涂层加工对象的局限性，可广泛应用于不锈钢、钛合金、铝合金等材料的切削加工。

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别涉及了一种TiBCrC+AlVCN多元纳米叠层涂层刀具及其制备方法。

背景技术

刀具涂层技术是一种优质的表面改性技术，涂层刀具具有高硬度、良好的耐热性、抗氧化性和抗腐蚀性等优点，对刀具表面进行涂层处理是提高刀具寿命的重要方法之一。近年来，为进一步提高刀具性能，涂层刀具已由单层向多元化和复合化发展；同时，单一涂层在使用过程中受到很大局限性，通过制备叠层复合涂层，既能兼顾单一涂层的优良性能，又能弥补其局限性，从而显著提高涂层刀具性能。

中国发明专利“申请号：201710533151.7”报道了一种AlNbN/AlNbCN叠层涂层刀具及其制备工艺，该刀具综合了AlNbN和AlNbCN涂层刀具优点，具有良好的物理机械性能，可广泛用于钛合金、不锈钢等材料的切削加工。中国发明专利“申请号：2011102143939.2”报道了一种梯度叠层涂层刀具及其制备方法，该叠层涂层刀具综合了ZrN、ZrTiN及梯度叠层结构的特点，具有高的硬度和耐磨性能。中国发明专利“申请号：201810077086.6”报道了一种氮化硅-硬质合金梯度涂层刀具及其制备方法，该梯度叠层涂层采用激光熔覆方法制备，兼顾氮化硅基陶瓷和硬质合金的特点，既具有良好的韧性又具有较高的硬度和耐磨性能。

发明内容

发明目的：本发明提供一种多元纳米叠层涂层刀具及其制备方法。该刀具表面叠层涂层综合了碳化物涂层、碳氮化物涂层及叠层结构的优点，使得刀具涂层内部残余应力明显较低，涂层与基体及涂层间结合强度较高，同时，涂层具有较高的硬度、良好的物理机械性能、热稳定性、抗氧化性和抗磨损性等。该刀具弥补了单一涂层加工对象的局限性，可广泛应用于不锈钢、钛合金、铝合金等材料的切削加工。

技术方案：本发明的一种多元纳米叠层涂层刀具，刀具基体材料为高速钢、硬质合金或陶瓷，基体材料表面具有TiBCrC+AlVCN交替分布的多元纳米叠层涂层。该叠层涂层至少含有两层TiBCrC和两层AlVCN单个层，且TiBCrC与AlVCN单个层的厚度小于等于50nm。TiBCrC涂层中Ti元素原子百分比在30-40％，B元素原子百分比在5-20％，Cr元素原子百分比在10-40％，C元素原子百分比在20-40％，所述Ti、B、Cr、C元素原子百分比之和为1；AlVCN涂层中Al元素原子百分比在30-40％，V元素原子百分比在5-15％，C元素原子百分比在20-40％，N元素原子百分比在20-40％，所述Al、V、C、N元素原子百分比之和为1。

本发明的一种多元纳米叠层涂层刀具的制备方法，采用多弧离子镀+中频磁控溅射共沉积的方法在刀具表面制备TiBCrC与AlVCN交替分布的多元纳米叠层涂层。其具体制备方法，包括以下步骤：

(1)前处理：将刀具基体材料研磨抛光，依次放入酒精和丙酮中超声清洗各20-30min，去除表面油渍污染物，采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入镀膜机真空室，真空室本底真空为7.0×10^-3-8.0×10^-3Pa，加热至200-300℃，保温时间30-40min；