[发明专利]一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层，其特征在于，所述涂层包括依次沉积于搅拌头基材表面的W层，为与基材结合的过渡层、Tisubgt;x/subgt;Wsubgt;1‑x/subgt;N层为中间层和Tisubgt;x/subgt;Sisubgt;y/subgt;Wsubgt;1‑x‑y/subgt;N层为表层：其中，W层成分为单质W；Tisubgt;x/subgt;Wsubgt;1‑x/subgt;N层中Ti，原子比为0.5≤x≤0.70；Tisubgt;x/subgt;Sisubgt;y/subgt;Wsubgt;1‑x‑y/subgt;N层中Ti，原子比为0.70≤x≤0.90，0.05≤y≤0.15。该发明通过在搅拌头表面沉积纳米级单质金属过渡层和设计针对性中间层成分的方式，能够有效提高硬质涂层与搅拌头材质之间的结合强度，焊缝表面粗糙度降低。

技术领域

本发明涉及技术领域，具体为一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层及其制备方法。

背景技术

在机械加工领域，通过在切削、铣削刀具或模具表面采用物理或化学等方式沉积硬质涂层的表面强化方式能够有效提高刀具和模具的使用寿命，搅拌摩擦焊(FSW,FrictionStirWelding)作为一种优质、高效、环保的固相连接技术，在航空航天金属零部件的制造与维修中已经得到了广泛应用，搅拌摩擦焊接中的焊接主要部件“搅拌头”的耐磨性是制约其使用寿命和焊接质量稳定性关键因素之一，为扩展硬质涂层表面强化技术的应用领域，本发明提供一种新型多层涂层结构及其制备方法，对搅拌摩擦焊焊针部件进行表面强化。

目前主流的PVD(物理气相沉积)硬质涂层主要针对硬质合金刀具进行设计；有关搅拌头表面涂层强化技术开发和PVD涂层结构设计的研究相对较少，传统PVD涂层沉积在搅拌头材质表面时存在易剥落的技术短板，“高硬度表层+高韧性中间层+高界面结合过渡层”复合结构是典型的涂层设计思路之一，本发明针对搅拌头的材质特殊性，设计了一种针对高速钢搅拌头的多层涂层结构，并提供其制备工艺。

所以我们提出了一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层及其制备方法，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层及其制备方法，以解决上述背景技术提出的目前市场上搅拌摩擦焊搅拌头损耗大、寿命低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层，其特征在于，所述涂层包括依次沉积于搅拌头基材表面的W层，为与基材结合的过渡层、Ti_xW_1-xN层为中间层和Ti_xSi_yW_1-x-yN层为表层：其中，W层成分为单质W；Ti_xW_1-xN层中Ti，原子比为0.5≤x≤0.70；Ti_xSi_yW_1-x-yN层中Ti，原子比为0.70≤x≤0.90，0.05≤y≤0.15。

优选的，所述W层厚度为纳米级20～500nm，Ti_xW_1-xN层厚度为1～2μm，表层厚度为1～2μm；涂层总厚度为2～4μm。

优选的，所述W层为纯W单质涂层，Ti_xSi_yW_1-x-yN层中W含量不少于5at.％。

优选的，所述基材为铸造高速钢或粉末冶金高速钢。

一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层制备方法，包括以下过程：

(1)搅拌头基材前处理，包括溶液清洗和干燥；

(2)搅拌头预处理，涂层沉积前在氩气气氛下对其进行溅射清洗；