[发明专利]ZrNbC/ZrNbCN叠层涂层刀具及其制备工艺

摘要

本发明属于机械制造切削刀具领域，特别是涉及一种ZrNbC/ZrNbCN叠层涂层刀具及其制备工艺，本发明采用非平衡磁控溅射+中频磁控溅射的复合镀膜方法，直接采用非平衡磁控溅射ZrNbC复合靶为碳源，且沉积温度控制在300℃以下，可在更为广泛的刀具或工具基体上制备，所制备的ZrNbC/ZrNbCN叠层涂层刀具综合了ZrNbC碳化物涂层、ZrNbCN碳氮化合物涂层及叠层结构的优点，具有很高的硬度和韧性，良好的减摩润滑及耐摩擦磨损性能，优异的化学稳定性和抗剥离性，能够显著提高涂层刀具的切削性能，可减小干切削过程中刀‑屑之间的摩擦和粘结。所制备的ZrNbC/ZrNbCN叠层涂层刀具可广泛应用于大多数淬硬钢，不锈钢，铸铁，非铁金属和高温合金的连续或断续切削加工。

主权项

1.一种ZrNbC/ZrNbCN叠层涂层刀具，其特征在于：刀具基体材料为高速钢、工具钢、模具钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼中的一种，所述涂层自内到外依次为：Ti过渡层、ZrNbC涂层与ZrNbCN涂层交替的复合叠层结构，最外层为ZrNbCN涂层；其沉积方式为采用非平衡磁控溅射+中频磁控溅射复合镀膜方法，沉积时使用2个非平衡磁控溅射ZrNbC复合靶，2个中频磁控溅射Ti靶：首先采用中频磁控溅射沉积Ti过渡层，然后采用非平衡磁控溅射方法交替沉积ZrNbC涂层与ZrNbCN涂层，最外层为ZrNbCN涂层；其中非平衡磁控溅射ZrNbC复合靶中包含重量分数为60‑80wt％的Zr、10‑20wt％的Nb和10‑20wt％的C；其制备工艺为：(1)对刀具基体表面前处理：首先将刀具基体表面抛光，然后依次放入酒精和丙酮中，超声清洗各40min吹风干燥充分后迅速放入镀膜机，抽真空至7.0×10^‑3Pa，加热至260℃，保温35min；(2)对刀具基体表面离子清洗：通Ar气，调其压力为1.2Pa，开启偏压电源，电压500V，占空比0.4，辉光放电清洗30min；降低偏压至400V，占空比0.3，开启离子源离子清洗30min，开启中频磁控溅射Ti靶电源，调Ti靶电流30A，偏压300V，占空比0.2，离子轰击2～3min；(3)在刀具基体表面沉积Ti过渡层：调Ar气压0.7～0.8Pa，偏压降至210V，中频磁控溅射Ti靶电流35A，沉积温度200℃，沉积Ti过渡层4～5min；(4)采用中频磁控溅射在Ti过渡层上沉积ZrNbC涂层：调Ar气压0.8～0.9Pa，偏压调至160V，沉积温度210℃，开启非平衡磁控溅射ZrNbC复合靶电流35A，沉积ZrNbC涂层2～3min；(5)采用非平衡磁控溅射在ZrNbC涂层上沉积ZrNbCN涂层：开启N₂，N₂气压为1.2Pa，调Ar气压0.7～0.8Pa，偏压180V，非平衡磁控溅射ZrNbC复合靶电流40A，沉积温度210℃，复合沉积ZrNbCN涂层2～3min，沉积完成后关闭N₂；(6)采用非平衡磁控溅射在ZrNbCN涂层上沉积ZrNbC涂层：调Ar气压0.8～0.9Pa，偏压调至160V，沉积温度210℃，开启非平衡磁控溅射ZrNbC复合靶电流35A，沉积ZrNbC涂层2～3min；(7)重复(5)、(6)、(5)…(5)，交替沉积ZrNbCN涂层、ZrNbC涂层、ZrNbCN涂层···ZrNbCN涂层，最外层为ZrNbCN涂层，共沉积80min：(8)后处理：关闭各靶电源、离子源及气体源，涂层结束。