[发明专利]一种适合铣削加工用的多层复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公布的适合铣削加工用的多层复合涂层是由CoNiCrAlY高熵合金粘结层、α‑Cr₂O₃氧化物模板层、α‑Al₂O₃氧化物支撑层、TiAlCrON氮氧化物衔接层、TiAlCrN氮化物耐磨层五个子层构成的整体，这五个子层的顺序是由内至外，涂层总厚度为1.2～3.5μm。其制备方法为：基底被加热和离子刻蚀后，先利用电弧蒸发镀工艺在基底上沉积CoNiCrAlY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、TiAlCrON层和TiAlCrN层。不同功能子层有机组合的多层复合涂层韧性高，耐冲击性好，非常适合断续切削方式的铣削加工，且制备工艺简单，便于工业化生产。

技术领域

本发明属于切削刀具表面涂层技术领域，具体涉及一种适合铣削加工用的多层复合涂层及其制备方法。

背景技术

铣削加工是切削加工的一种重要加工方式，铣削加工的特点是断续切削，刀具在加工过程中承受冲击载荷。铣削加工要求铣刀及其表面涂层材料具有良好的韧性和抗冲击性能。氮化物涂层是铣刀、车刀等切削刀具广泛使用的涂层材料，如TiAlN、TiAlCrN、TiAlSiN等，氮化物涂层硬度高、耐磨性好。但是，氮化物涂层也存在着不足：脆性偏大，与基底结合强度不够高，在高温铣削条件下的热稳定性能不足。氧化物涂层（如Al₂O₃）相比于氮化物涂层具有硬度低、韧性好的特点，更为突出的是α-Al₂O₃涂层结构稳定，在高温条件下仍然具有完整的晶体结构，并具有良好的抗氧化性。为了发挥各涂层的性能优势，采用化学气相沉积方法制备的多层氧化物/（碳）氮化物复合涂层（如TiCN/α-Al₂O₃/TiN）具有非常优异的综合性能，在切削刀具上获得了广泛应用。但是由于化学气相沉积法的工艺温度高，刀具基底材料在涂层沉积过程中容易发生元素的扩散、化学反应等行为，如硬质合金刀具在高温条件下容易发生脱碳从而在刀具组织中形成脱碳脆性相，进而使刀具的韧性降低，不利于铣削、钻孔等断续加工方式。物理气相沉积法具有沉积温度低、对基底材料性质影响小、表面质量好、工艺灵活等特点，是制备复杂结构复合涂层更有前景的方法。但是，该方法的不足是沉积能量不足，致使其在氧化物涂层制备方面的受到了限制，该方法沉积的Al₂O₃涂层很难获得性能优异的α结构，这也使得多层复合涂层的发展受到极大制约。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种适合铣削加工用的多层复合涂层。

本发明的另一目的是提供一种上述适合铣削加工用的多层复合涂层的制备方法。

本发明提供的适合铣削加工用的多层复合涂层，其特征在于，涂层是由高熵合金粘结层、氧化物模板层、氧化物支撑层、氮氧化物衔接层、氮化物耐磨层五个子层构成的整体，这五个子层的顺序是由内至外，涂层总厚度为1.2～3.5μm。

其中，上述涂层中，所述高熵合金粘结层为Co_aNi_bCr_cAl_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150～200nm。

其中，上述涂层中，所述氧化物模板层为α-Cr₂O₃，厚度为100～300nm。

其中，上述涂层中，所述氧化物支撑层为α-Al₂O₃，厚度为500～2000nm。

其中，上述涂层中，所述氮氧化物衔接层为TiAlCrON，厚度为50～200nm。

其中，上述涂层中，所述氮化物耐磨层为TiAlCrN，厚度为400～800nm。