[发明专利]一种耐磨阻扩散的铝铬钛氮与氧化铝多层复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公布的耐磨阻扩散的铝铬钛氮与氧化铝多层复合涂层是由CrAlTiZrY高熵合金粘结层、α‑Cr₂O₃氧化物模板层、α‑Al₂O₃氧化物阻扩散层、AlCrTiN氮化物耐磨层四个子层构成的整体，这四个子层的顺序是由内至外，涂层总厚度为1～3μm。其制备方法为：对基底进行加热和离子刻蚀后，先利用电弧蒸发镀工艺在基底上沉积CrAlTiZrY层；然后使用阴极电弧离子镀工艺，再继续依次沉积α‑Cr₂O₃层、α‑Al₂O₃层和AlCrTiN层。铝铬钛氮涂层与氧化铝涂层的协同作用，使得涂层在高温工作条件下可以有效阻碍各元素原子的内、外扩散，并且高温耐磨性好，制备工艺简单，易于实施，适合工业化生产应用。

技术领域

本发明属于切削刀具表面涂层技术领域，具体涉及一种耐磨阻扩散的铝铬钛氮与氧化铝多层复合涂层及其制备方法。

背景技术

切削加工时切削刀具表面与被加工材料之间剧烈的摩擦磨损作用致使刀具承受较高的温度，特别是干式切削条件下的温度可达1000℃甚至更高。对于涂层刀具而言，涂层在高温条件下是否耐磨至关重要。研究发现，随着工作温度的升高，空气中的氧加速向涂层内部扩散，同时，涂层中的元素原子也剧烈地向涂层表面扩散，当氮化物硬质涂层工作温度超过一定的温度时，涂层便发生氧化，氮化物涂层转变成氧化物层，在这种转变过程中，因涂层晶格发生膨胀而在涂层内部形成较大的应用，极易剥落，另一方面，转变成的氧化物层本身结构疏松、硬度较低，不耐磨损。因此，氮化物硬质涂层在高温切削加工条件下的耐磨性和原子扩散性问题亟需解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种耐磨阻扩散的铝铬钛氮与氧化铝多层复合涂层。

本发明的另一目的是提供一种上述耐磨阻扩散的铝铬钛氮与氧化铝多层复合涂层的制备方法。

本发明提供的耐磨阻扩散的铝铬钛氮与氧化铝多层复合涂层，其特征在于，涂层是由高熵合金粘结层、氧化物模板层、氧化物阻扩散层、氮化物耐磨层四个子层构成的整体，这四个子层的顺序是由内至外，涂层总厚度为1～3μm。

其中，上述涂层中，所述高熵合金粘结层为Cr_aAl_bTi_cZr_dY_e，a+b+c+d+e=1，a、b、c、d、e的取值范围为0.15～0.4，厚度为50～200nm。

其中，上述涂层中，所述氧化物模板层为α-Cr₂O₃，厚度为150～300nm；所述氧化物阻扩散层为α-Al₂O₃，厚度为500～2000nm；所述氮化物耐磨层为AlCrTiN，厚度为300～500nm。

本发明提供的上述耐磨阻扩散的铝铬钛氮与氧化铝多层复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

A、将清洁的基底材料装入涂层设备真空室中，抽真空并加热；

B、对基底表面进行离子刻蚀；

C、利用电弧蒸镀工艺制备高熵合金粘结层；

D、利用阴极电弧镀膜工艺制备氧化物模板层；

E、利用阴极电弧镀膜工艺制备氧化物阻扩散层；

F、利用阴极电弧镀膜工艺制备氮化物耐磨层。

其中，上述方法步骤A中，所述抽真空并加热是先将背底真空抽至0.03Pa及以下时，打开炉壁的辅助加热装置对基底进行加热，同时打开机架转动电源使基底在真空室内进行自转和公转运动，至基底温度达到380℃。