[发明专利]一种Ta-TaN-TaWN超硬涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明属于刀具涂层材料技术领域，涉及一种Ta‑TaN‑TaWN超硬涂层刀具及其制备方法。该刀具基体材料可为高速钢、硬质合金、陶瓷等材料，涂层由内至外依次为Ta过渡层、TaN硬涂层、TaWN超硬涂层。该涂层刀具的涂层采用磁控溅射与多弧离子镀结合的方法制备。该涂层刀具的过渡层材料致密，且与刀具基体材料的界面结合牢固。TaN层、TaWN层的硬度均较高，且硬度依次增大，刀具表面具备超高硬度和高耐磨性。该刀具可广泛应用于金属材料的切削加工，可提高刀具寿命和切削加工生产效率。

技术领域

本发明涉及一种Ta-TaN-TaWN超硬涂层刀具及其制备方法，属于刀具涂层材料技术领域。

背景技术

机械制造业为整个国民经济提供技术装备，是国民经济和社会发展以及国防建设的物质基础，其发展水平是国家综合实力的重要标志。切削加工技术是机械制造业中应用最广泛的基础技术，而切削刀具技术的进步则是切削加工技术快速发展的关键。近年来，为满足干切削、高速切削等对切削刀具提出的新的要求，金属切削工具行业在不断尝试开发新型耐磨刀具材料、刀具涂层以及开展刀具几何结构的优化设计，这些方法均在一定程度上解决了限制切削技术发展的瓶颈问题。在这些方法中，其中以涂层的适用性最为广泛，但涂层与基体材料之间的结合问题成为了制约其性能发挥的一大因素，尤其是涂层与刀具基体结合部分的过渡层的结合性能至关重要。另外，进一步提高涂层的硬度和耐磨性，对突破难加工材料的高效加工也具有重要意义。为此，开发新型的高结合强度、高硬度的涂层对促进涂层刀具应用范围的扩大以及切削加工技术的进步将具有重要影响。

中国专利“申请号：201710532821.3”报道了AlNbCN多元梯度复合涂层刀具及其制备方法，该发明通过采用中频磁控溅射和多弧镀的复合方法在刀具基体表面依次沉积Ti过渡层、AlNbC过渡层、含氮量梯度渐变的AlNbCN涂层，该刀具具备较高的硬度和强度，可应用于多种金属材料的精加工和半精加工。中国专利“申请号：201710532824.7”报道了SiZrCN梯度复合涂层刀具及其制备方法，该发明采用非平衡磁控溅射和电弧镀的复合镀膜方法在刀具基体表面沉积氮含量梯度渐变的SiZrCN梯度硬涂层，其中以Ti作为过渡层，该涂层具备良好的硬度和热稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Ta-TaN-TaWN超硬涂层刀具及其制备方法，进一步提高涂层与基体的界面结合强度，提高涂层表面硬度，扩大涂层刀具的应用范围，提高切削加工效率。

本发明的一种Ta-TaN-TaWN超硬涂层刀具，刀具基体材料可以是高速钢、硬质合金、陶瓷等常规刀具材料，涂层沿基体外表面由内向外依次为Ta过渡层、TaN硬涂层、TaWN超硬涂层。本发明的超硬涂层刀具是采用磁控溅射结合多弧离子镀的方法在刀具基体表面分别依次沉积Ta过渡层、TaN硬涂层、TaWN超硬涂层，每层涂层的制备分别均选用所需的单质材料作为射频靶材，通氮气和氩气的混合气体，氮气与氩气的质量分数占比为1∶4，沉积气压0.5-1.0Pa，沉积温度控制在350～450℃，控制Ta过渡层的厚度为0.5～0.8μm，TaN硬涂层的厚度为1.0～1.2μm，TaWN超硬涂层的厚度为0.8～1.5μm。

本发明通过磁控溅射结合多弧离子镀沉积多元硬涂层，开发了一种新型的Ta-TaN-TaWN超硬涂层刀具及其制备方法。相比现有的常规氮化钛涂层，本发明选用的Ta元素相比Ti元素的致密度要高，保证了涂层过渡层的高致密性和高结合强度；相比传统硬涂层刀具，本发明的TaN层、TaWN层逐渐过渡，且TaWN层具有超高的硬度；本发明的刀具兼顾了表面超硬、基体结合强度高的卓越优势。本发明的一种Ta-TaN-TaWN超硬涂层刀具可广泛应用于金属材料尤其是难加工金属材料的切削加工，可有效提高刀具寿命和切削加工生产效率。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。