[发明专利]一种切削刀具用成分结构双梯度功能涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种切削刀具用成分结构双梯度功能涂层，其特征在于，所述涂层包括交替沉积于刀具基体表面的Ti_1-x-yAl_xMe′_yN层和Ti_1-x-yAl_xMe″_yN层；其中，Me′为B、C、Ta、Nb、V、W、Y元素中的一种或多种；Me″为Si、Zr元素中的一种或多种；所述Ti_1-x-yAl_xMe′_yN层中0.3≤x≤0.65，0.01≤y≤0.2，所述Ti_1-x-yAl_xMe″_yN中0.3≤x≤0.65，0.01≤y≤0.2；

所述Ti_1-x-yAl_xMe′_yN层和Ti_1-x-yAl_xMe″_yN层两种性能差异层在刀具基体表面分别呈现厚度递减、递增趋势交替沉积；自刀具基体表面起每一相邻Ti_1-x-yAl_xMe′_yNT层与Ti_1-x-yAl_xMe″_yN层构成一个周期，每一周期的总厚度为m，Ti_1-x-yAl_xMe′_yN与层Ti_1-x-yAl_xMe″_yN依次递减、递增沉积的厚度变化量为n，各层n值的波动量为±10％；所述0.01μm≤m≤1μm，0.001μm≤n≤0.5μm，所述Ti_1-x-yAl_xMe′_yN层、Ti_1-x-yAl_xMe″_yN单层厚度≥0.001μm。

2.根据权利要求1所述的一种切削刀具用成分结构双梯度功能涂层，其特征在于，当Me′为BC时，B、C原子比例为10:1≥B:C≥1:10，B、C原子个数百分比≥0.01。

3.根据权利要求1所述的一种切削刀具用成分结构双梯度功能涂层，其特征在于，所述涂层总厚度为0.5～15μm。

4.根据权利要求1所述的一种切削刀具用成分结构双梯度功能涂层，其特征在于，所述刀具基体为粉末冶金法制备而成的硬质合金或金属陶瓷。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的切削刀具用成分结构双梯度功能涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备刀具基体并进行研磨、喷砂和抛光处理；

(2)对刀具基体进行预处理，包括清洗干燥、氩离子轰击刻蚀及活化处理；

(3)采用阴极电弧离子镀技术在刀具基体上以递减、递增不同趋势交替沉积Ti_1-x-yAl_xMe′_yN层和Ti_1-x-yAl_xMe″_yN层；于真空下自然冷却至温度小于200℃后出炉，得到一种切削用成分结构双梯度功能涂层。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述阴极电弧离子镀技术基体偏压为30～150V，靶源电流为100～240A，所用工作气体为氮气，氮气压力为0.5～10Pa。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中阴极电弧离子镀技术具体为：通入工作气体N₂并保持压力为0.5～10Pa，设定初始偏压为30～150V，工件架转速为1.2～1.8r/min，通过开启、关闭不同Ti_1-x-yAl_xMe′_y、Ti_1-x-yAl_xMe″_y靶材，控制不同靶材沉积时间，进而递增、递减不同成分涂层厚度；或同时开启Ti_1-x-yAl_xMe′_y靶和Ti_1-x-yAl_xMe″_y靶，设定沉积时间内Ti_1-x-yAl_xMe′_y靶弧源电流为180～240A递减至120～160A，Ti_1-x-yAl_xMe′_y靶弧源电流为120～160A递增至180～240A，沉积时间150-240min，得到一种切削用成分结构双梯度涂层。