[发明专利]一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具

说明书

本发明提供了一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具，属于保护性涂层技术领域。本发明提供的纳米多层涂层，包括依次层叠设置在基体表面的TiN层和纳米复合交替层；所述纳米复合交替层包括交替层叠设置的TiAlSiN层和MoS₂层；所述TiN层和TiAlSiN层接触。本发明提供的纳米多层涂层中，TiN层为过渡层提高结合强度；TiN层以及纳米复合交替层的多层结构提高了涂层的硬度且降低了涂层的摩擦系数，使得纳米多层涂层同时具有高硬度和低摩擦系数，具有较好的润滑性能，本发明提供的纳米多层涂层能够弥补传统刀具涂层使用中的不足，拓宽了刀具涂层的研究范围，可以在承受载荷并要求低摩擦的环境下工作。

技术领域

本发明涉及保护性涂层技术领域，具体涉及一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具。

背景技术

在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度、表面质量有着决定性的影响。为了更好地提高刀具的切削性能，比较有效的一种方法是采用各种涂层技术在基体上涂覆上一层或多层高硬度、高耐磨损性能的材料。刀具表面上的涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具的月牙洼磨损，可以显著地提高加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本。涂层的特点是涂层薄膜与刀具基体相结合，提高刀具的耐磨性而不降低基体的韧性，从而降低刀具与工件的摩擦因素，延长刀具的使用寿命。然而，随着刀具使用条件越来越苛刻，不仅对刀具涂层的硬度提出了更高的要求，还要求涂层材料具有良好的自润滑性能，才能有效地改善刀具的使用性能。

纳米多层涂层是由两种材料以纳米量级交替沉积形成的多层薄膜，因其在物理性能与力学性能的异常表现而得到了广泛的关注。尤其力学性能方面，由于组成纳米多层涂层材料可以进行任意的裁剪和选择，一些调制周期小于100nm的纳米多层涂层呈现出弹性模量与硬度异常升高的超模效应与超硬效应，使纳米多层涂层在先进涂层材料领域具有较大的应用前景。

中国专利201010176320.4涉及一种纳米复合钛铬硅氮化物刀具涂层，涂层包含有过渡层的钛铬硅氮化物涂层，晶粒大小在5～15nm，涂层厚度为1～4μm，涂层显微硬度26Gpa，高温稳定性达到1068℃以上，适用于高速条件下的高硬度钢材料切削加工，其摩擦系数为0.45。中国专利200910055595.X涉及了一种TiC/Si₃N₄纳米多层涂层，由TiC层和Si₃N₄层交替沉积在金属、硬质合金或陶瓷基底上形成，该涂层具有优良的高温抗氧化性，而且具有高于40GPa的硬度，其摩擦系数为0.4。然而，上述现有的涂层仍存在着高硬度和低摩擦系数无法兼顾的问题，不能满足高速切削和干式切削的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具。本发明提供的纳米多层涂层同时具有高硬度和低摩擦系数。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种纳米多层涂层，包括依次层叠设置在基体表面的TiN层和纳米复合交替层；所述纳米复合交替层包括交替层叠设置的TiAlSiN层和MoS₂层；所述TiN层和TiAlSiN层接触。

优选的，所述TiN层的厚度为300～500nm。

优选的，所述TiAlSiN层的单层厚度为6～8nm。

优选的，所述MoS₂层的单层厚度为0.3～1.5nm。

优选的，所述纳米多层涂层的厚度为1～4μm。

本发明提供了上述技术方案所述纳米多层涂层的制备方法，包括以下步骤：

在氮气气氛和保护气氛中，使用Ti靶，在基体表面进行单靶磁控溅射，得到TiN层；