[发明专利]一种碳氮氧化钛涂层及其应用

说明书

本发明涉及硬质合金切削工具技术领域，尤其涉及一种碳氮氧化钛涂层及其应用。碳氮氧化钛涂层包括：第一化合物层，第一化合物层中的化合物具有通式：Ti(Csubgt;x1/subgt;Nsubgt;y1/subgt;Osubgt;z1/subgt;)，x1+y1+z1＝1，0.02≤z1≤0.15；复合在第一化合物层上的第二化合物层，第二化合物层中的化合物具有通式：Ti(Csubgt;x2/subgt;Nsubgt;y2/subgt;Osubgt;z2/subgt;)，x2+y2+z2＝1，0.15z2≤0.33。第一化合物层的柱状晶为低氧柱状晶，第二化合物层的柱状晶为高氧柱状晶。两个柱状晶区为连续外延生长。中温化学气相沉积过程中，低氧柱状晶区起到晶粒细化作用，提升耐磨性能，高氧柱状晶区提供高温热稳定性，增强涂层的高温稳定性，进而提高综合耐磨性能。

技术领域

本发明涉及硬质合金切削工具技术领域，尤其涉及一种碳氮氧化钛涂层及其应用。

背景技术

硬质陶瓷类材料涂覆的硬质合金切削工具是现行主流切削工具性能提升的重要途径。

目前主要用化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)在硬质合金切削工具上涂覆硬质陶瓷类材料，比如：TiC、TiN、TiCN、Al₂O₃等。一般地，CVD涂覆的硬质材料平均厚度在2～30μm，涂覆温度一般大于800℃，由于设备限制，涂覆温度一般不大于1100℃，特别地，在700～900℃之间可以进行中温化学气相沉积(MTCVD)的TiCN，是目前主要的含钛类硬质陶瓷涂覆材料，MTCVD获得的TiCN的特征在于：存在大的柱状晶，且柱状晶的晶粒长度与涂层平均厚度基本相当。

从中国专利CN1305880A中可以了解到，在MTCVD工艺中添加CO、CO₂或其混合物，可以得到具有纳米晶粒尺寸的Ti(C，N，O)等轴晶。由于反霍尔佩奇效应，纳米等轴晶的晶界更易滑移，耐磨损性能较柱状晶反而下降，并且其涂层韧性下降更明显。

中国专利CN1569751A专利公开了一种在中温化学气相沉积TiCN过程中添加CO、CO₂、ZrCl₄、AlCl₃获得晶粒尺寸为50～300nm的等轴晶体，其细小晶粒尺寸与等轴晶结合，保持了一定的耐磨性能，但等轴晶的韧性仍然差于柱状晶。

中国专利CN102965639A、CN1500582A等专利中也揭示了，在MT-TiCN中掺杂CO、CO₂等，可以起到细化晶粒提升TiCN耐磨性能，但CO、CO₂使用量增大，会使柱状TiCN晶粒转化为等轴纳米晶，韧性严重下降，由于等轴晶、纳米晶在高温下的晶界易滑移，可推知其高温耐磨性能下降严重。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种碳氮氧化钛涂层及其应用，在不改变其柱状晶的条件下，实现晶粒细化；在韧性较优的条件下，显著提高涂层的耐磨性能。

本发明提供了一种碳氮氧化钛涂层，包括：

第一化合物层，第一化合物层中的化合物具有式(1)所示通式：

Ti(C_x1N_y1O_z1)      (1)；

其中，x1+y1+z1＝1，0.02≤z1≤0.15；

复合在所述第一化合物层上的第二化合物层，第二化合物层中的化合物具有式(2)所示通式：

Ti(C_x2N_y2O_z2)      (2)；

其中，x2+y2+z2＝1，0.15z2≤0.33。

优选的，0.5≤x1≤0.66，0.28≤y1≤0.35；