[发明专利]涂层切削刀具及其制备方法

说明书

本发明公开了一种涂层切削刀具及其制备方法，刀具包括刀具基体以及设于刀具基体上的耐磨涂层，耐磨涂层至少包括Al_xTi_1‑xC_yN_1‑y涂层，Al_xTi_1‑xC_yN_1‑y涂层具有择优结晶生长取向，0.8≤TC(111)≤6.0，0.8≤TC(311)≤6.0，且3.5≤TC(111)+TC(311)≤6.0。制备方法包括：采用CVD工艺沉积Al_xTi_1‑xC_yN_1‑y层，以两路气体管路将反应气体导入反应器中进行沉积，控制合适的反应气体浓度、温度及压力。本发明的涂层切削刀具具有优异的耐磨性能、抗崩刃性能和抗高温氧化等性能，在铸铁、不锈钢、合金钢、铸钢、高温合金等材料加工领域中具有极优异的性能。

技术领域

本发明属于涂层切削刀具技术领域，具体涉及一种涂层切削刀具及其制备方法。

背景技术

在高速和干式切削成为主流的今天，涂层技术的快速发展对刀具性能的改善和切削加工技术的进步起关键作用，涂层切削刀具已成为现代刀具的重要标志。

TiAlN涂层具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小和导热率低等优良特性，已在难加工材料的高性能切削领域得到广泛应用。由于Al原子与O原子具有良好的化学亲和性，在高温作用下会在刀具-切屑接触区形成一层极薄的非晶态A1₂O₃层，从而形成硬质惰性保护膜，因此，TiAlN涂层刀具即使在高温条件下依然可以保持其优良的抗磨损性能。

专利文献WO2007003648A公开了一种通过CVD具有立方体NaCl结构的单相Ti_1-xAl_xN(计量系数0.75x≤0.93)涂层及其制备方法，采用不需等离子体激发通过CVD产生的Ti_1-xAl_xN硬质材料层，作为立方体NaCl结构的单相层存在或其中Ti_1-xAl_xN硬质材料层是多相层，其主相由具有立方体NaCl结构的Ti_1-xAl_xN组成，包含作为附加相的纤锌矿结构的Ti_1-xAl_xN和或NaCl结构的TiNx，其在700℃-900℃的温度下，10²-10⁵Pa压力下，以卤化钛、卤化铝和NH₃和/或N₂H₄作为反应性氮化合物在反应器中反应生成Ti_1-xAl_xN涂层。

专利文献WO2009050110A公开了一种由CVD方法制备的连接层-相梯度层-单相或多相Ti_1-xAl_xN层组成的多层涂层。其中，相梯度层中，朝连接层由TiN/h-AlN混合物组成。朝单相或多相Ti_1-xAl_xN层，随层厚增加，fcc-TiAlN增加，增加量超过50％，同时TiN/h-AlN随层厚增加而减少。

以上专利文献中，在制备的CVD-Ti_1-xAl_xN涂层中存在较高含量的六方AlN或不定型碳等物相。由于六方AlN或不定型碳的硬度显著低于fcc-TiAlN，因此，其对涂层硬度和耐磨性能造成极大的不利影响。

现已发现，在PVD和CVD涂层中，具有特定的晶粒择优取向的涂层显示出了不同的特性，并针对不同的加工工况显示出了优异的性能。具有晶粒特定择优取向的涂层已吸引了涂层研究人员的极大的兴趣和关注。