[发明专利]一种包含纳米多层涂层的切削刀具、制造方法及其应用

说明书

本发明公开了一种包含纳米多层涂层的切削刀具、制造方法及其应用，切削刀具包括基底和涂覆在基底上的涂层，所述涂层包括由基底向外依次涂覆的第一区涂层、第二区涂层和第三区涂层，其中，所述第二区涂层包括至少一组由叠置的一层Ti_1‑aAl_aN纳米涂层和一层NbN纳米涂层形成的Ti_1‑aAl_aN/NbN单元纳米涂层组，0.1≤a≤0.9。与现有技术相比，本发明的切削刀具具有更高抗微崩刃性能、更长使用寿命的切削刀具。

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种包含纳米多层涂层的切削刀具、制造方法及其应用。

背景技术

材料的性能随着工业技术的发展而得到不断提升，在材料应用领域，譬如钛合金、镍基合金、不锈钢等高性能、难加工材料的使用占比在逐年上升，因此，制造业对于材料加工工具的要求也在逐年提高。难加工材料的加工对刀具整体性能的要求很高，对刀具材质、表面涂层技术都将是更高的挑战，尤其是刀具涂层技术。如何通过刀具涂层技术的创新提升刀具的加工效率和寿命已然成为一个重要的研究热点。

切削刀具表面涂层能够大大提高工具的表面硬度、抗磨损性和耐高温性等，对提高刀具寿命和加工质量有显著效果。研究发现通过修改调制周期的厚度，在某一范围内能获得最佳性能的纳米结构刀具涂层。

NbN涂层具有良好的热稳定性、较高的硬度，优异的力学性能、物理性能和化学稳定性，因此NbN涂层在各领域有着广泛的应用前景。

CN106573313B公开了一种刀具，该刀具包含基材和在基材表面的涂层，且涂层为包含外层和内层涂层的复合结构涂层，其中，最外层涂层含有立方结构NbN和六方结构NbN的混合结构NbN，且涂层中包含2种掺杂元素，而其内层涂层化合物则不包含Nb元素。

CN104508185B公开了一种切削工具刀片，其包含硬质合金基底和一个双层结构涂层，其中一层为NbN涂层，厚度为0.5-5μm，且其NbN涂层含Ti、Zr或Cr在基底与NbN层之间含氮化钛铝涂层，厚度为0.5-5μm。

CN109415799A公开了一种包含NbN涂层的刀具，该NbN涂层厚度为0.2-15μm，NbN层包含立方结构c-NbN和六方结构h-NbN的相混合物，且立方结构NbN含量不少于40％。

采用前述现有技术中纯NbN涂层以及包含NbN的多层多层涂层的切削刀具虽然在切削性能上已经取得了较好的效果，但在切削过程中依然存在微崩刃和快速氧化现象，因此可通过优化涂层结构来提升涂层抗崩刃和高温抗氧化性能，从而进一步提升涂层刀具的切削性能。

发明内容

为解决现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的一个目的在于提供具有更高抗微崩刃性能、抗高温氧化性能和更长使用寿命的切削刀具。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种包含纳米多层涂层的切削刀具，其特征在于：包括基底和涂覆在基底上的涂层，所述涂层包括第二区涂层，所述第二区涂层包括至少一组由叠置的一层Ti_1-aAl_aN纳米涂层和一层NbN纳米涂层形成的Ti_1-aAl_aN/NbN单元纳米涂层组，其中，0.1≤a≤0.9。可减少积屑瘤的产生，降低摩擦，提高抗微崩刃及耐磨损性能，从而延长刀具的寿命。

在其中一个实施例中，所述Ti_1-aAl_aN/NbN单元纳米涂层组中，Ti_1-aAl_aN纳米涂层的厚度为0.1-100nm，所述NbN纳米涂层的厚度为0.1-100nm。