[发明专利]ZrTiN-MoS2/Ti/Zr叠层涂层刀具及其制备工艺

摘要

本发明属于机械制造金属切削刀具领域，特别是涉及一种ZrTiN‑MoS₂/Ti/Zr叠层涂层刀具及其制备工艺。其刀具基体材料为高速钢、硬质合金、立方氮化硼或金刚石，刀具表面为MoS₂/Ti/Zr润滑涂层，且由基体到涂层表面依次为Ti过渡层、Ti/Zr过渡层、ZrTiN硬质涂层和MoS₂/Ti/Zr润滑涂层交替的叠层复合结构。该刀具综合了ZrTiN多元硬质涂层、MoS₂/Ti/Zr润滑涂层及叠层结构的优点，既可保持涂层较高的硬度，又可降低涂层的摩擦系数，使涂层刀具的切削性能有了显著地提高。叠层结构可使涂层刀具在涂层使用寿命周期中始终保持良好的减摩润滑性，延长润滑涂层的使用周期。

主权项

1.一种ZrTiN-MoS2/Ti/Zr叠层涂层刀具的制备工艺，刀具基体材料为高速钢、硬质合金、立方氮化硼或金刚石，刀具表面为MoS2/Ti/Zr润滑涂层，且由基体到涂层表面依次为Ti过渡层、Ti/Zr过渡层、ZrTiN硬质涂层和MoS2/Ti/Zr润滑涂层交替的叠层复合结构；其特征在于，沉积方式为采用电弧镀与中频磁控溅射复合镀膜方法，包括1个Ti靶电弧靶，一个Zr靶电弧靶，2个MoS2中频溅射靶：电弧离子镀沉积Ti过渡层、Ti/Zr过渡层各5-6min，然后交替沉积厚度为30～40nm的ZrTiN硬质涂层和厚度为10～20nm的MoS2/Ti/Zr润滑涂层，最后表面为MoS2/Ti/Zr润滑涂层，具体包括以下步骤：(1)前处理：将刀具基体表面抛光，去除表面杂质，然后依次放入酒精和丙酮中，超声清洗，经干燥后迅速放入镀膜机，抽真空至8.0×10-3Pa，加热至300℃，保温30～40min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.5Pa，开启偏压电源，电压700V，占空比0.2，辉光放电清洗15min；降低偏压至500V，开启离子源离子清洗15min，开启Ti靶的电弧源，偏压300V，靶电流50A，离子轰击Ti靶1min；(3)沉积Ti过渡层：Ar气压0.5～0.6Pa，偏压降至250V，Ti靶电流70A，沉积温度250℃，电弧镀Ti过渡层5～6min；(4)沉积Ti/Zr过渡层：Ar气压0.5～0.6Pa，偏压250V，Ti靶电流80A，Zr靶电流90A，电弧镀Ti/Zr过渡层5～6min；(5)沉积ZrTiN硬质涂层：开启N2，Ar气压0.5Pa，偏压220V，Ti靶的靶电流80A，Zr靶电流100A，N2气压为1.0Pa，沉积温度230～250℃，电弧镀ZrTiN硬质涂层3～4min；(6)沉积MoS2/Ti/Zr润滑涂层：关闭N2，Ti靶电流60A，Zr靶电流80A，开启MoS2靶中频磁控溅射电源，电流1.5A，偏压调至200V，沉积温度250～270℃，复合沉积MoS2/Ti/Zr润滑涂层3～4min；(7)沉积ZrTiN硬质涂层：重复(5)；(8)沉积MoS2/Ti/Zr润滑涂层：重复(6)；(9)重复(5)、(6)、(5)···：交替沉积ZrTiN、MoS2/Ti/Zr···ZrTiN涂层共100min；(10)沉积表层MoS2/Ti/Zr润滑涂层：重复(6)；(11)后处理：关闭各电源、离子源及气体源，涂层结束。