[发明专利]一种复合涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合涂层刀具及其制备方法，所述刀具包括刀具基体和在刀具基体上沉积的涂层，所述涂层由底层、中间层和表层组成，所述涂层总厚度为2～6μm；所述底层为TiAlN层，所述中间层为TiAlN层和NbN层交替沉积的周期性涂层，所述表层为NbN层。所述制备方法包括：用物理气相沉积法在刀具基体上沉积TiAlN底层，沉积厚度为0.2～2μm；在TiAlN底层上交替沉积TiAlN层和NbN层周期性涂层，沉积厚度为0.5～2μm；在周期性涂层上沉积NbN表层，沉积厚度为0.2～2.0μm。上述方法工艺简单、设备要求低、生产成本低，所得复合涂层刀具耐磨性好，使用寿命长，能够满足高速切削需求。

技术领域

本发明涉及切削刀具领域，特别涉及一种复合涂层刀具及其制备方法。

背景技术

不锈钢材料强度大、热导率低，在切削过程中切削力大、切削温度高、加工硬化严重，导致切削过程中刀具和不锈钢材料之间产生粘结、熔焊等粘刀现象，影响加工表面粗糙度，并导致刀具磨损严重。因此，如果能在刀具表面涂覆一层与不锈钢材料亲和性小的涂层材料，有利于减小刀具磨损，提高刀具寿命。

TiN涂层是应用最早和最广泛的刀具涂层材料，在TiN涂层的基础上，人们又开发出了性能更为优良的TiAlN、CrAlN、TiCN、TiSiN等刀具涂层。随着现代加工技术的发展，特别是高速高精度数控机床的加工向以车代磨、以铣代磨、以钻代铰的方向发展，对刀具提出了更高的要求，切削刀具要具有高耐磨性、高韧性和使用寿命长的优点。

发明内容

本发明提供了一种复合涂层刀具及其制备方法，其目的是为了改善涂层与基体的结合强度，提高刀具的耐磨性和使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合涂层刀具，包括刀具基体和在所述刀具基体上沉积的涂层，所述涂层由底层、中间层和表层组成，总厚度为2~6µm；所述底层为TiAlN层，所述中间层为TiAlN层和NbN层交替沉积的周期性涂层，所述表层为NbN层。

所述底层TiAlN底层在改善涂层与基体的结合强度的同时承担一定的切削耐磨功能的作用。

优选地，所述底层的TiAlN和所述中间层的TiAlN的化学成分相同，其中Al元素的原子百分数为0%~67%。

TiAlN中Al元素的原子百分数选择0%~67%，确保TiAlN涂层为单相立方结构。过高的Al含量会导致涂层由立方结构向六方结构转化从而降低涂层的力学性能。

优选地，所述中间层的厚度为0.5~2µm。

优选地，所述中间层的TiAlN层和NbN层共格生长。

优选地，所述中间层中TiAlN层和NbN层的单层厚度均为2~15nm。

TiAlN和NbN单层厚度过厚或者过薄，都有可能影响其界面的共格生长从而降低其界面强化效应。

优选地，所述底层的NbN层厚度为0.2~2µm。

优选地，所述表层的NbN层的厚度为0.2~2µm。

NbN表层的主要作用是利用其和不锈钢材料之间低的亲和性，降低刀具切削过程中和被加工材料（不锈钢）之间的扩散磨损。过薄厚均会影响NbN层在切削过程中对刀具的保护作用，而过厚则会影响整个涂层的的耐磨性。

本发明还提供一种上述复合涂层刀具的制备方法，包括如下步骤：

（1）在刀具基体上沉积TiAlN底层，沉积厚度为0.2~2µm；

（2）在TiAlN底层上交替沉积TiAlN层和NbN层周期性涂层，沉积厚度为0.5~2µm；

（3）在周期性涂层上沉积NbN表层，沉积厚度为0.2~2µm。